Bekæmpelse af forstyrrende støj i kvantekommunikation

Som en væsentlig milepæl for kvantekommunikationsteknologi har et eksperiment vist, hvordan netværk kan udnyttes til at bekæmpe forstyrrende 'støj' i kvantekommunikation.

Den internationale indsats ledet af forskere fra Griffith University's Center for Quantum Dynamics fremhæver kvantenetværks potentiale i at revolutionere kommunikationsteknologier på kvanteniveau. Undersøgelsen, "Nonlocality activation in a photonic quantum network," er blevet offentliggjort i Nature Communications .

Forskerne Dr. Nora Tischler og Dr. Sergei Slussarenko, programledere ved ARC Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) node ved Griffith University, mener, at deres resultater er et første skridt mod storskala kvantenetværk, som grundlæggende kan ændre, hvordan vi kommunikerer på globalt plan.

Undersøgelsen dykker ned i den indviklede verden af ​​kvantesammenfiltring - et fænomen, hvor partikler opretholder en forbindelse uanset afstanden mellem dem. Kvantesammenfiltring, som længe har været anerkendt som en hjørnesten i kvanteteknologien, har fascineret videnskabsmænd på grund af dets potentielle anvendelser i hypersensitive sensorer og ultra-private kommunikationskanaler.

CQC2T Ph.D. Forsker Luis Villegas-Aguilar begav sig sammen med holdet ved Griffith University ud på en rejse for at udforske forholdet mellem kvantesammenfiltring og ikke-lokalitet – mystiske sammenhænge, ​​som Einstein berømt omtalte som "uhyggelig handling på afstand."

Nedbrydningen af ​​disse kvanteeffekter på grund af støj har været en stor udfordring med hensyn til at realisere deres praktiske anvendelser. Eksperimentet udført af forskerholdet tog fat på denne udfordring.

"I det væsentlige viser vores eksperiment, hvordan netværk kan bruges til at overvinde støj i kvantekommunikation," forklarer Villegas-Aguilar. "Ved at simulere virkelige forhold i et kontrolleret miljø, sigtede vi på at øge støjtolerancen og 'aktivere' kvante-ikke-lokalitet i en netværksstruktur."

For at realisere dette mål gik de sammen med forskere fra University of New South Wales, Sorbonne University, Frankrig og National Institute of Standards and Technology i USA. Holdet oprettede et kvantenetværk med tre stationer i deres laboratorier og efterlignede konfigurationer, man kunne finde på et fremtidigt kvanteinternet.

"I vores eksperiment sendte vi de sammenfiltrede partikler til forskellige stationer inde i laboratoriet. Vi brugte sammenfiltrede enkeltfotoner, som er kvantepartikler af lys," sagde Dr. Tischler.

"Tre-stations kvantenetværk, der simulerer støjfyldte forhold, som man kan støde på i et større, feltudviklet netværk. Først startede vi med kun to sammenfiltrede fotoner og beviste, at de ikke kunne producere kvante-ikke-lokalitet forbi en specifik støjgrænse."

Derefter observerede forskerne gennem omhyggeligt design og implementering et bemærkelsesværdigt fænomen:den tidligere tabte kvante-ikke-lokalitet kunne gendannes ved at tilføje et ekstra forbindelseslink.

"Vi observerede, at tilføjelsen af ​​den tredje station til netværkskonfigurationen gjorde det muligt for os at overvinde virkningerne af støj og aktivere kvante-ikke-lokalitet," siger Dr. Emanuele Polino, en postdoc-forsker involveret i eksperimentet.

Holdet er overbevist om, at deres resultater ikke kun fremmer vores forståelse af kvantefænomener, men også baner vejen for udviklingen af ​​modstandsdygtige og robuste kvanteteknologier.

Mens verden fortsætter med at udvikle sig mod en æra med kvanteberegning og kommunikation, repræsenterer denne forskning en væsentlig milepæl i at udnytte kvantemekanikkens fulde potentiale.

Flere oplysninger: Luis Villegas-Aguilar et al., Ikke-lokalitetsaktivering i et fotonisk kvantenetværk, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47354-w

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Griffith University