Et vigtigt skridt i retning af et helt sikkert kvantekommunikationsnetværk

Jagten på et sikkert informationsnetværk er i gang. Forskere ved Niels Bohr Institute, Københavns Universitet, for nylig er lykkedes at øge lagringstiden for kvanteinformation, ved hjælp af en lille glasbeholder fyldt med atomer ved stuetemperatur, tage et vigtigt skridt i retning af et sikkert kvantekodet distributionsnetværk.

At sende information i optiske fibre over lange afstande i det klassiske regime

Afsendelse af information over lange afstande kan foretages ved at kodende meddelelser til lysimpulser, og sender dem gennem optiske fibre. Men der er tab i fibre, så forstærkning er nødvendig undervejs. Repeatere forstærker lysimpulserne med bestemte intervaller langs linjen, og voila! - transatlantisk kommunikation er mulig. Men der er et problem:Det er ikke helt sikkert. Oplysningerne kan hentes, og selvom den er kodet, koder kan brydes.

Distribution af oplysninger i kvantestyret

Hvad sker der, når der sendes kvanteinformation, er lidt anderledes. Selve oplysningerne rejser faktisk ikke, men teleporteres via sammenfiltring distribueret i netværket. Afsenderen har halvdelen af ​​sammenfiltringen, og modtageren har den anden halvdel.

Forvikling er meget lettere at oprette over korte afstande, så linjen mellem afsender og modtager segmenteres, og der opstår sammenfiltring mellem hver begyndelse og slutning af segmenterne. Hvis hvert segment er i stand til at lagre sammenfiltringen, linjeoperatøren kan vente, indtil sammenfiltring er oprettet i alle segmenter og derefter udføre sammenfiltringsswaps ved leddene for at udvide sammenfiltringen til den fulde afstand mellem afsender og modtager. Så opbevaring er kritisk - og derfor er forbedringen af ​​opbevaringstiden, forskerne nu foretager, så vigtig. Kun når forvikling er på plads i hele linjens længde, selve kommunikationen kan finde sted. Langs vejen, det er totalt utilgængeligt for andre, som den sarte kvanteinformation selvdestruerer med det samme, hvis du prøver at aflytte eller manipulere den på nogen måde.

Vi har brug for mange kvantegentagere

Opbevaringstiden kommer ind i billedet, da det faktisk tager noget tid for informationen at rejse i fibrene. Den sarte kvanteindvikling skal gemmes, venter på sin tur til at rejse gennem den optiske fiber. Det giver meget god mening at sigte efter et system, der fungerer ved stuetemperatur, på grund af omfanget af sådanne netværk. Hvis kvante repeatere skal installeres til app. hver 10 km kommunikationslinje, fordelene ved en simpel opsætning, arbejder ved stuetemperatur, er enorme.

Forskerne ved Niels Bohr -instituttet har formået at øge denne afgørende levetid for kvantetilstanden ved stuetemperatur til cirka et kvart millisekund, og i denne periode lyset kan rejse cirka 50 km i fiberen. "Så, 50 km - det er stadig ikke særlig langt, hvis du vil sende regional kvanteinformation, men det er langt længere end det, der tidligere er opnået med atomer ved stuetemperatur ", siger Karsten Dideriksen, Ph.d. elev på projektet.

Selve teknologien

Selve teknikken består af en lille glasbeholder, fyldt med Cæsium -atomer, hvor forskerne er i stand til at indlæse, gemme og hente enkelte fotoner (lyspartikler) fra, de kvantetilstande, der er nødvendige for repeateren. Denne teknik forbedrer levetiden for kvantetilstandene ved stuetemperatur hundrede gange. Enkelhed er nøglen, som man skal forestille sig denne teknologi, en gang udviklet til sit fulde potentiale, spredt ud over hele kloden som kvantegentagere i vores informationsnetværk.

Det umiddelbare perspektiv er, som sagt, opbevaring til brug i sikre kvanteinformationsnetværk, men andre muligheder som frembringelse af on-demand enkeltfotoner til kvanteberegning er på bordet.