Etablering af de ultimative grænser for kvantekommunikationsnetværk

I øjeblikket, følsomme data krypteres typisk og sendes derefter over fiberoptiske kabler og andre kanaler sammen med de digitale "nøgler", der er nødvendige for at afkode oplysningerne. Imidlertid, dataene kan være sårbare over for hackere.

Kvantekommunikation udnytter kvantefysikkens love til at beskytte data. Disse love tillader partikler - typisk fotoner af lys - at overføre data ved hjælp af kvantebits, eller qubits.

Overlegne muligheder

Multinationale selskaber, f.eks. IBM og Google, bygger nu kvantecomputere af mellemstørrelse med et stigende antal kvanteenheder eller qubits.

Når de har skaleret op til større størrelser, disse enheder vil have langt bedre egenskaber end nuværende klassiske computere. For eksempel, de kan behandle ekstremt store tal på få sekunder, fremskynde mange grundlæggende matematiske operationer, og simulerer perfekt molekylære og biologiske processer.

En udfordring vil være at forbinde kvantecomputere sammen, for at oprette en kvante-version af Internettet eller "kvante-internet".

Imidlertid, der er et vigtigt, men ubesvaret spørgsmål tilbage:Hvad er den ultimative hastighed, hvormed man kan overføre hemmelige meddelelser eller kvantesystemer fra en fjernkvantecomputer til en anden?

Notorisk svært

Skriver i journalen Kommunikationsfysik , Professor Stefano Pirandola, fra University of Yorks Institut for Datalogi, sagde videnskabsmænd har besvaret spørgsmålet.

Prof Pirandola undersøgte den optimale arbejdsmekanisme for et fremtidigt kvanteinternet, og gav også den ultimative hemmelige nøglekapacitet, der potentielt kan opnås.

Han sagde:"Det er notorisk svært at studere kvantenetværk, men nylige matematiske værktøjer udviklet inden for kvanteinformationsteori har givet os mulighed for fuldstændigt at forenkle analysen.

Qubits

"Et udestående spørgsmål var at beregne det maksimale antal elementære kvantesystemer (kendt som qubits), der pålideligt kunne overføres fra en bruger af netværket til en anden, eller lignende, det maksimale antal helt hemmelige bits, som disse fjernbrugere kunne dele.

"Dette tal har nu en præcis analyseformel."

Desuden, undersøgelsen afslører, at den klassisk-inspirerede strategi om samtidig at sende qubits gennem flere ruter i netværket bemærkelsesværdigt kan øge hastigheden, dvs. kvantekommunikationens hastighed mellem to eksterne brugere.