Maanjäristyksen tunnistusta kvanttisalausverkolla

14.06.2022

CAS-kvanttiavaimen-jakelu-ja-varahtelymittaus-250-t.jpgKiinalaiset tutkijat ovat kvanttisalausverkkoa kehittäessään löytäneet kuidulle samalla seismisten värähtelyjen mittaustehtävän. Siten kyseistä kuituverkkoa voidaan käyttää myös maanjäristysten havaitsemiseen, ja nyt tutkijat ovat osoittaneet, että nämä kaksi tehtävää voidaan yhdistää.

Tutukijatiimi lähetti kvanttiavainjakelun (QKD) -signaalin 658 kilometriä pitkän laboratoriossa keloilla olevan kuidun yli ja pistivät kuidun värähtelemään tietyssä paikassa. He havaitsivat tämän värähtelyn optisen signaalin kautta ja pystyivät määrittämään sen sijainnin 1 km:n tarkkuudella.

Uusi tekniikka toimisi twin-field quantum key jakelua (TF-QKD) käyttävissä verkoissa. Niissä pitkän matkan salaus toteutetaan fotoni-interferenssin avulla. Interferenssin havaitseminen vaatii jatkuvaa valvontaa valosignaaleille, joita käyttäjät jakavat kussakin kuitulinkissä.

Jiu-Peng Chen Kiinan tiede- ja teknologiayliopistosta ja hänen kollegansa ymmärsivät, että he voisivat käyttää tätä jatkuvaa tietovirtaa havaitakseen värähtelyjä kuidun varrella. "Esittelimme mahdollisuuden kerätä värinäntunnistustietoja lisäämättä uusia kuitu- tai laitteistoresursseja TF-QKD-verkkoon", kertoo tiimin jäsen Qiang Zhang.

TF-QKD-menetelmään kuuluu järjestelmä, joka korjaa kuidun läpi kulkevan valon vaiheen vaihteluita. Esimerkiksi, jos äkillinen liike pidentää hetkeksi kuidun pituutta puolella aallonpituudella (vastaa vaiheen vaihtelua π radiaania), valoaalto saapuisi kohteeseen väärin tunnistusta ajatellen. Joten TF-QKD-järjestelmään on jatkuvasti tehtävä säätöjä, joilla kompensoidaan vaihevaihteluita.

Tiimi osoitti, että tätä kompensointijärjestelmää voidaan käyttää seismisen värähtelyn havaitsemiseen asentamalla kokeilukuidun tiettyyn paikkaan pietsosähköinen laite. Sen värähtelytaajuus asetettiin välille 1 - 1000 Hz, mikä on seismisen mittauksen kannalta relevantti alue.

Värähtelyt aiheuttivat 0,9 ja 50 radiaanin välillä olevia vaihemuutoksia, jotka vaihtelun kompensointijärjestelmä poimi. Zhang sanoo, että seismisten aaltojen pitäisi tuottaa paljon suurempia vaihemuutoksia, useista sadasta useisiin tuhansiin radiaaneihin.

Ryhmä suoritti samanlaisen testin taajuuden kalibrointilinkillä - erillisellä kuidulla, jota TF-QKD-järjestelmät tarvitsevat lukitsemaan ns. Alicen ja Bobin laserien taajuudet yhteen. Tutkijat käyttivät tätä linkkiä määrittääkseen värähtelylähteen sijainnin 1 km:n tarkkuudella.

"Tärinän havaitseminen näin pitkältä etäisyydeltä on vaikuttavaa", sanoo kvanttitiedon asiantuntija Hoi-Kwong Lo Toronton yliopistosta. Hän huomauttaa, että samanlaisia tekniikoita on kehitetty värähtelyjen havaitsemiseksi optisten kuitujen varrella, kuten äskettäinen koe, jossa käytettiin vedenalaisia tietoliikennekuituja maanjäristysten havaitsemiseen.

"Tähän tekniikkaan perustuvat tulevat QKD-linkit voisivat tarjota hyödyllistä seismistä lisäinformaatiota maaperään asennetuista kuiduista", hän toteaa.

Aiheista aiemmin:

Kvanttiviestintää helposti ja pitkille matkoille

Valokuitua selluloosasta
23.06.2022Perovskiitti ei hevillä antaudu
23.06.2022Pieni robotti kävelee kuin rapu
21.06.2022Uudenlaisen muistin rakentaminen
20.06.2022Nykytekniikalla fotoniselle kvanttirajalle
17.06.2022Polarisaatiota hyödyntävä fotoninen prosessori
16.06.2022Akkuteollisuus etsii uusia materiaaleja
15.06.2022Tutkijat tehostavat atomiradion vastaanottoa
14.06.2022Maanjäristyksen tunnistusta kvanttisalausverkolla
13.06.2022Yön aikainen aurinkokennotekniikka
10.06.2022Hedelmäkärpäsen digitaalinen kaksonen

Siirry arkistoon »