Uusia menetelmiä turvalliseen kvanttitiedonsiirtoon

Kansainväliset tiedemiehet ovat luoneet uuden menetelmän kvantti-informaation siirtämiseksi käyttämällä kuditeiksi viritettyjä valohiukkasia. Niillä uskotaan toteutettavan tulevaisuuden kvantti-internetti, joka on sekä turvallinen että tehokas.

Perinteisesti kvantti-informaatio on koodattu kubiteille, jotka voivat olla tilassa 0, 1 tai molemmissa samanaikaisesti (superpositio). Ne ovat ihanteellisia monimutkaisiin laskelmiin, mutta ne rajoittavat tiedonsiirtoon siirrettävän datan määrää. Sitä vastoin, kuditit voivat koodata informaatiota useampiin ulottuvuuksiin ja siten siirtävän enemmän dataa yhdellä kertaa.

Uusi tekniikka hyödyntää valon kahta ominaisuutta – avaruudellista tilaa ja polarisaatiota – luodakseen neliulotteisia kuditteja. Ne on tuotettu erikoissirulle ja niiden manipulointi johtaa nopeampiin tiedonsiirtonopeuksiin ja parempaan vastustuskykyyn virheitä vastaan verrattuna perinteisiin menetelmiin.

Yksi tämän lähestymistavan tärkeimmistä eduista on kudittien kyky säilyttää kvanttiominaisuudet pitkiä matkoja.

Kehitetty prosessi alkaa erityisen lomittuvan tilan luomisella kahden fotonin avulla. Yhtä fotonia (signaalifotonia) manipuloidaan sirulla 4D-kuditin luomiseksi käyttämällä sekä sen avaruudellista tilaa että polarisaatiota. Toinen fotoni (idler-fotoni) pysyy muuttumattomana ja toimii signaalifotonin kaukosäätimenä. Manipuloimalla tyhjäkäyntifotonia tutkijat voivat ohjata signaalifotonin tilaa ja koodata siihen informaatiota.

Uudella menetelmällä on potentiaalia mullistaa kvanttiviestinnän kenttä. Se tasoittaa tietä nopealle kvantti-internetille, joka voi siirtää valtavia määriä dataa turvallisesti pitkiä matkoja. Lisäksi se voi johtaa rikkoutumattomien salausprotokollien kehittämiseen ja edistää tehokkaiden kvanttitietokoneiden luomista.

Tutkijat keskittyvät parhaillaan parantamaan kudittien tarkkuutta ja skaalaamaan tekniikkaansa, jotta se pystyy käsittelemään entistä suurempia ulottuvuuksia.

Leibniz Universität Hannoverin (LUH), Physikalisch-Technische Bundesanstaltin (PTB) Braunschweig ja Stuttgartin yliopiston tutkijat ovat puolestaan kehittäneet kvanttiavainjakelun (QKD) menetelmää käyttämällä puolijohteisia kvanttipisteitä.

QKD:tä on optimoitu jo vuosien ajan, mutta suurten verkkojen perustaminen on ollut haastavaa olemassa olevien kvanttivalonlähteiden rajoitusten vuoksi. Nyt tutkijatiimi on nyt saavuttanut merkittäviä harppauksia tässä suhteessa.

Tutkijat käyttivät puolijohdekvanttipisteitä yhden fotonin lähteinä, joiden avulla saavutettiin korkean tason suojattu avainten siirtonopeus 79 kilometrin etäisyydelle Hannoverin ja Braunschweigin välillä.

Jatkossa tutkijat aikovat osoittaa menettelynsä potentiaalin moniin kiehtovampiin kokeisiin ja sovelluksiin tulevaisuudessa, siirtymällä kohti "kvantti-internetiä".

Aiheista aiemmin:

Kuditit antavat välähdyksen kvanttitulevaisuudesta

Neljä ulottuvuutta kvanttiviestintään

Kohti kvantti-internetiä ja kvanttiviestintää