Kvanttitiedonsiirto vauhdittuu

Äskettäin Kiina otti käyttöön Pekingin ja Shanghain välisen kvanttiverkon. Sen pituus on 2000 kilometriä ja keskuspaikkana on sen keskivaiheilla oleva Jinanin kaupunki, jossa kyseistä verkkotekniikkaa on hyödynnetty kaupungin mittakaavassa jo muutaman vuoden ajan.

Linjaan kuuluu nyt 32 releointiasemaa ja Jinanissa järjestelmä kykenee kryptaamaan 4000 datalohkoa sekunnissa.

Järjestelmässä hyödynnetään yksittäisten fotonien lähettimiä ja kvanttiporttilaitteita sekä siirtoväylän lähettimissä että vastaanottimissa ja kuituperustaista tietoverkkoa.

Tiederintamalla kiinalaiset tutkijat ovat saavuttaneet parhaimmillaan jo 300 - 400 kilometrin siirtovälejä ja muutenkin he ovat olleet aktiivisia esimerkiksi paremmin häiriöitä sietävän MDI QKD -menetelmän kehittäjiä.

Oma lukunsa on kiinalaisten tekemät satelliitin ja maa-aseman välinen ja veden alainen kvanttiyhteyskokeilut. Niissä on saatu muutaman lomittuneen fotonin luenta onnistumaan.

Tällä hetkellä näissä kvanttitiedonsiirron käytännön menetelmissä käytetään vain kahta tilaa, mikä johtaa varsin hitaaseen tiedonsiirtoon.

Skotlantilaisista (Heriot-Watt University) ja eteläafrikkalaisista (Witwatersrand) tutkijoista koostuva ryhmä on osoittanut lomittumisen vaihtoa ja valon orbitaalisen kulmamomentin "mallien" teleportaatiota. Tämä on ratkaiseva askel kohti kvanttitoistimen toteuttamista useammalle lomittuneille tiloille.

Jotta kvanttitiedonsiirto olisi nopeampaa, tarvitaan esimerkiksi laajempi aakkosto valon kuvioiden avulla. Yksi tällainen kuviointiväline on valon orbitaalinen kulmamomentti (OAM).

Kuitenkin monimutkaisemmat fotonitilat sietävät siirtoa vieläkin vähemmän kuin kahden tilan käyttö. Vahvistus ei ole kvanttimaailmassa mahdollista mutta klassisen optisen verkon kuitutoistinta vastaava kvanttitoistin on mahdollinen.

Kvanttitoistimessa tarvittava lomittumisen vaihto tehdään kahden lomittuneen parin avulla. Interferoimalla kahta fotonia toisesta lomittuneesta parista jäljellä olevat kaksi fotonia tulevat lomittuneiksi.

Tässä työssä tutkijat tekivät ensimmäisen kokeellisen lomittumisen vaihdon sekä teleportaation rataimpulssimomentin (OAM) valon tilalla. Tärkeää on, että järjestelmä on skaalattavissa useampaankin ulottuvuuteen ja se luo tulevaisuutta pitkän matkan kvanttikommunikaatiolle, jolla on korkea tiedonsiirtokapasiteetti.

Siirtokapasiteetin suhteen myös Twenten ja Utrechtin yliopistojen laboratoriossa on saavutettu 9072 symboliruudukon avulla yli 10 bitin siirtoennätys yhdellä fotonilla. Jos resursseista ei ole pulaa, sillä kuinka paljon yhteen fotoniin voidaan koodata informaatiota, ei ole rajaa.

Aiheesta aiemmin:

Lomittuminen tarjoaa turvaa