Sikker kvantekommunikation i mikrobølgeområdet for første gang

Mikel Sanz, af Fysisk-kemisk Afdeling for UPV/EHU, leder den teoretiske gruppe for et eksperiment udgivet af det prestigefyldte tidsskrift, Naturkommunikation . Forsøget har formået at forberede en fjern kvantetilstand; dvs. absolut sikker kommunikation blev etableret med en anden, fysisk adskilt kvantecomputer for første gang i mikrobølgeregimet. Denne nye teknologi kan medføre en revolution i de næste par år.

Inden for det større europæiske projekt Quantum Flagship, ledet af Mikel Sanz – forsker fra QUTIS-gruppen i UPV/EHU Fysisk-kemi-afdelingen – er der blevet udført et eksperiment i samarbejde med tyske og japanske forskere, som har formået at udvikle en protokol til at forberede en fjern kvantetilstand, mens de udfører kommunikation i mikroovnen regime, "hvilket er den frekvens, som alle kvantecomputere arbejder med. Det er første gang, muligheden for at gøre det i dette område er blevet undersøgt, som kan medføre en revolution i de næste par år inden for sikker kvantekommunikation og kvantemikrobølgeradarer, ", observerer ledende forsker i dette projekt Mikel Sanz.

Forberedelsen af ​​en fjerntliggende kvantetilstand (kendt som fjerntilstandsforberedelse) er baseret på fænomenet kvantesammenfiltring, hvor sæt af sammenfiltrede partikler mister deres individualitet og opfører sig som enkelte enheder, selv når de er rumligt adskilt. "Dermed, hvis to computere deler denne kvantekorrelation, at udføre operationer på kun én af dem kan påvirke den anden. Absolut sikker kommunikation kan opnås, " forklarer Sanz.

Undersøgelser af denne fjerntliggende kvantetilstandsforberedelsesprotokol begyndte for omkring 20 år siden, men til dato, kommunikation var altid sket over bølger af det synlige område. "Dette skyldes, at arbejde i dette område kan udføres ved stuetemperatur, da den termiske stråling fra legemer, blot ved at være ved stuetemperatur, er ekstremt lav i det optiske område, så der næsten ikke forekommer forstyrrelser i sådan kommunikation, " forklarer forskeren. "Men, i mikrobølgeovnen, milliarder, billioner af fotoner ved stuetemperatur genereres, som ødelægger kvanteegenskaber, for at undgå al den indblanding, disse eksperimenter skal udføres ved næsten absolutte nultemperaturer (0,05 Kelvin), at begrænse strålingen fra kroppen til det maksimale og gøre kommunikationen effektiv".

Efter betydeligt arbejde med at udvikle denne teknologi for at udføre eksperimenterne, holdet formåede at forberede en fjern kvantetilstand over en afstand på 35 centimeter. "Dette har fungeret som en koncepttest, også kendt som principbevis, et første skridt mod at vide, at det er muligt at fortsætte med at udvikle denne teknologi. Imidlertid, vi mener, at dette er et meget vigtigt første skridt, der kan skabe en revolution i løbet af det næste årti", Dr. Sanz understreger.

Forskeren peger på to områder, hvor denne revolution kunne finde sted:"på den ene side, kvantekommunikation eller kryptografi, da dette ville være helt sikkert, og ikke at skulle ændre frekvensen til det optiske område (som det gør i dag) ville forhindre mange tab i denne kommunikation. Og på den anden side, ultranøjagtig kvantemetrologi og kvanteradarer. De forskellige radarapplikationer er baseret på objektdetektion, og denne påvisning udføres i mikroovn; og da der er enheder som droner, der i stigende grad bliver mindre, radarer skal have stadig større kapacitet til at detektere dem, for at vide, hvor de er. Den teknologi, vi udvikler, kan hjælpe betydeligt i denne henseende."

Disse og mange andre applikationer, som denne teknologi er i stand til, kan ikke udtænkes under temperaturer så lave som dem, den fungerer i i øjeblikket, så "et af projektets mål er at forsøge at få denne teknologi til at fungere ved stuetemperatur. I sidste ende, hvad vi søger er at bringe denne teknologi til kommercielle produkter, " slutter Sanz.