Et kvanteinternet er tættere på virkeligheden, takket være denne switch

Når kvantecomputere bliver mere kraftfulde og udbredte, de har brug for et robust kvanteinternet for at kommunikere.

Ingeniører fra Purdue University har behandlet et problem, der forhindrer udviklingen af ​​kvantenetværk, der er store nok til pålideligt at understøtte mere end en håndfuld brugere.

Metoden, demonstreret i et papir udgivet i Optica , kunne være med til at lægge grunden til, hvornår et stort antal kvantecomputere, kvantesensorer og anden kvanteteknologi er klar til at gå online og kommunikere med hinanden.

Holdet implementerede en programmerbar switch til at justere, hvor meget data der går til hver bruger ved at vælge og omdirigere bølgelængder af lys, der bærer de forskellige datakanaler, gør det muligt at øge antallet af brugere uden at øge fotontab i takt med, at netværket bliver større.

Hvis fotoner går tabt, kvanteinformation går tabt - et problem, der har en tendens til at ske, jo længere fotoner skal rejse gennem fiberoptiske netværk.

"Vi viser en måde at lave bølgelængde routing med kun ét stykke udstyr - en bølgelængde-selektiv switch - til, i princippet, opbygge et netværk med 12 til 20 brugere, måske endnu mere, " sagde Andrew Weiner, Purdue's Scifres Family Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering. "Tidligere tilgange har krævet fysisk udskiftning af snesevis af faste optiske filtre indstillet til individuelle bølgelængder, hvilket gjorde muligheden for at justere forbindelser mellem brugere, der ikke var praktisk levedygtige, og fotontab mere sandsynligt."

I stedet for at skulle tilføje disse filtre, hver gang en ny bruger tilslutter sig netværket, ingeniører kunne bare programmere den bølgelængdeselektive switch til at dirigere databærende bølgelængder over til hver ny bruger – hvilket reducerer drifts- og vedligeholdelsesomkostninger samt gør et kvanteinternet mere effektivt.

Den bølgelængdeselektive switch kan også programmeres til at justere båndbredden i henhold til en brugers behov, hvilket ikke har været muligt med faste optiske filtre. Nogle brugere bruger muligvis programmer, der kræver mere båndbredde end andre, på samme måde som at se programmer gennem en webbaseret streamingtjeneste bruger mere båndbredde end at sende en e-mail.

For et kvante internet, dannelse af forbindelser mellem brugere og justering af båndbredde betyder fordeling af sammenfiltring, fotonernes evne til at opretholde et fast kvantemekanisk forhold til hinanden, uanset hvor langt fra hinanden de måtte være for at forbinde brugere i et netværk. Entanglement spiller en nøglerolle i kvanteberegning og kvanteinformationsbehandling.

"Når folk taler om et kvanteinternet, det er denne idé om at generere sammenfiltring på afstand mellem to forskellige stationer, mellem kvantecomputere, " sagde Navin Lingaraju, en Purdue Ph.D. studerende i el- og computerteknik. "Vores metode ændrer hastigheden, hvormed sammenfiltrede fotoner deles mellem forskellige brugere. Disse sammenfiltrede fotoner kan bruges som en ressource til at sammenfiltre kvantecomputere eller kvantesensorer på de to forskellige stationer."

Purdue-forskere udførte undersøgelsen i samarbejde med Joseph Lukens, en forsker ved Oak Ridge National Laboratory. Den bølgelængdeselektive switch, som teamet implementerede, er baseret på lignende teknologi, der bruges til at justere båndbredden til nutidens klassiske kommunikation.

Switchen er også i stand til at bruge et "flex gitter, "Som klassisk lysbølgekommunikation nu bruger, at opdele båndbredde til brugere på en række forskellige bølgelængder og steder i stedet for at være begrænset til en række faste bølgelængder, som hver vil have en fast båndbredde eller informationsbærende kapacitet på faste lokationer.

"For første gang, vi forsøger at tage noget slags inspireret af disse klassiske kommunikationskoncepter ved hjælp af sammenligneligt udstyr for at påpege de potentielle fordele, det har for kvantenetværk, " sagde Weiner.

Holdet arbejder på at bygge større netværk ved hjælp af den bølgelængdeselektive switch.