Forskere revolutionerer cybersikkerhed gennem kvanteforskning

Forskere ved RDECOM Research Laboratory, hærens virksomhedslaboratorium (ARL) har fundet en ny måde at beskytte kvanteinformation under transmission, åbner døren for mere sikker og pålidelig kommunikation for krigsfolk på slagmarken.

Nylige fremskridt inden for banebrydende teknologier inden for lasere og nanofysik, kvanteoptik og fotonik har givet forskere de nødvendige værktøjer til at styre og manipulere miniaturekvantumsystemer, såsom individuelle atomer eller fotoner - de mindste lyspartikler.

Denne udvikling har givet anledning til et nyt videnskabeligt område - Quantum Information Science, eller QIS, som studerer information kodet i kvantesystemer og omfatter kvanteberegning, kvantekommunikation og kvantefølelse blandt andre underområder.

Quantum Information Science menes at have potentiale til at forme den måde, information behandles på i fremtiden.

Hærens forskningslaboratorium investerer i QIS -forskning for at sikre kontinuerlig teknologisk overlegenhed på dette område, der udvikler sig hurtigt, hvilket igen vil medføre flere nye teknologier inden for beregning, kryptering, sikker kommunikation og præcise målinger.

Imidlertid, at bruge kvanteinformation, forskere skal finde ud af robuste måder at behandle og overføre det på - en opgave, som Dr. Daniel Jones, Brian Kirby, og Michael Brodsky fra laboratoriets direktorat for beregnings- og informationsvidenskab.

"I vores klassiske verden, oplysninger bliver ofte ødelagt under manipulation og transmission - alle kender støjende mobiltelefonforbindelser i dårlige modtagelsesområder, "Sagde Brodsky." Således kommunikationsingeniører har arbejdet med en række forskellige teknikker til at filtrere støjen fra. "

I klassisk kommunikation, filtreringen er ret ligetil, som det gøres lokalt, det er på det sted, hvor oplysningerne modtages, f.eks. direkte i din telefon eller internetrouter.

I kvanteverdenen, tingene bliver meget mere indviklede.

Laboratoriets forskergruppe har undersøgt måder at filtrere støj fra små bidder af kvanteinformation-kvantebits eller qubits sendt på tværs af fiberoptiske telekommunikationsforbindelser.

De opdagede, at filtreringen ikke nødvendigvis skal udføres af den modtagende part.

"Naturen i de kvantetilstande, hvor oplysningerne er kodet, er sådan, at filtreringen lettere kunne udføres et andet sted i netværket, "Sagde Kirby.

Det er rigtigt, at rette en qubit sendt over en bestemt rute, man kunne faktisk anvende et filter på andre qubits, der krydser en anden rute.

I løbet af det sidste år, forskerne har undersøgt problemet med transmission af sammenfiltrede par fotoner over optiske fibre.

"Vi startede med at udvikle en forståelse af, hvordan fysiske egenskaber ved rigtige telefibre, såsom iboende resterende dobbeltbrydning og polarisationsafhængigt tab, eller PDL, påvirke kvaliteten af ​​kvantekommunikation, "Sagde Jones." Vi udnyttede en ny matematisk tilgang, hvilket har ført til udviklingen af ​​en enkel og elegant geometrisk model af PDL -effekter på polarisationsindvikling, "Tilføjede Kirby.

Den udviklede model forudsiger både kvaliteten af ​​transmitterede kvantetilstande såvel som den hastighed, hvormed kvanteinformation kunne overføres.

Desuden, laboratoriets team opfandt en ny teknik, der hjælper med at reducere de skadelige virkninger af støj.

De udviklede modeller blev eksperimentelt valideret ved hjælp af den nyligt byggede Quantum Networking Testbed på laboratoriet, som simulerer den praktiske telekommunikationsfiberinfrastruktur.

"Vi mener, at denne forskning har et potentiale til at revolutionere cybersikkerhed og muliggøre sikker hemmelig deling og godkendelse for fremtidens krigsfører, "Sagde Brodsky." Desuden det vil have indflydelse på udviklingen af ​​bedre sensorer til positionsnavigering og timing samt kvantecomputere, der kan resultere i syntese af nye specialmaterialer med on -demand -egenskaber. "

Ifølge forskerne, for at gøre kvanteteknologi til virkelighed, der skal bygges en storstilet, indsat testbed, dermed vejledende udviklingen af ​​både kvantehardware og software.

Et tidsskriftspapir, der dokumenterer forskningen med titlen "Tuning quantum channel to maximize polarization entanglement for telecom photon pair" er omtalt i den prestigefyldte Nature Partner Journal Quantum Information .