Yksittäisfotonien teknologia tukee kvanttitietoliikenneverkkoa

Rochesterin yliopiston ja Rochesterin teknillisen instituutin (RIT) tutkijat yhdistivät hiljattain kampuksensa kokeelliseen kvanttiviestintäverkkoon käyttämällä kahta optista kuitua.

Optica Quantum -lehdessä julkaistussa artikkelissa tutkijat kuvaavat Rochester Quantum Networkia (RoQNET), joka käyttää yksittäisiä fotoneja tiedon siirtämiseen noin 18 kilometrin päähän valokuitulinjoja pitkin huoneenlämmössä optisilla aallonpituuksilla.

Kvanttitietoliikenneverkoilla on potentiaalia parantaa merkittävästi tiedonsiirron turvallisuutta, jolloin viestien kloonaaminen tai sieppaaminen ilman havaitsemista on mahdotonta.

Kvanttitietoliikenne toimii kubittien avulla, joita voidaan fyysisesti luoda käyttämällä atomeja, suprajohteita ja jopa timantin kaltaisten materiaalien virheitä. Fotonit – yksittäiset valonhiukkaset – ovat kuitenkin paras kubittityyppi pitkän matkan kvanttitietoliikenteeseen.

Fotonit ovat houkuttelevia kvanttiviestinnälle osittain siksi, että ne voitaisiin teoriassa siirtää jo olemassa olevien kuituoptisten tietoliikennelinjojen kautta. Tulevaisuudessa tullaan todennäköisesti hyödyntämään monenlaisia kubitteja, koska kubittilähteillä, kuten kvanttipisteillä tai loukkuun jääneillä ioneilla, on kullakin omat etunsa kvanttilaskennan tai erityyppisten kvanttiantureiden sovelluksissa.

Fotonit ovat kuitenkin parhaiten yhteensopivia olemassa olevien tietoliikenneyhteyksien kanssa. Uusi tutkimusartikkeli keskittyykin kvanttiviestinnän toteuttamiseen erityyppisten kubittien välillä verkossa.

"Tämä on jännittävä askel kvanttiverkkojen luomisessa, jotka suojaavat tietoliikennettä ja mahdollistavat uusia lähestymistapoja hajautettuun laskentaan ja kuvantamiseen", sanoo Nickolas Vamivakas, optisen fysiikan professori, joka johti Rochesterin yliopiston ponnisteluja.

"Vaikka muut ryhmät ovat kehittäneet kokeellisia kvanttiverkkoja, RoQNET on ainutlaatuinen siinä, että se käyttää integroituja kvanttifotonisia siruja kvanttivalon generointiin ja kiinteän olomuodon kvanttimuistisolmuja."

Rochesterin yliopiston ja RIT:n tiimit yhdistivät optiikan, kvantti-informaation ja fotoniikan asiantuntemuksensa kehittääkseen fotonisiin integroituihin piireihin perustuvaa teknologiaa, joka voisi helpottaa kvanttiverkon toimintaa. Tällä hetkellä pyrkimykset hyödyntää kuituoptisia linjoja kvanttiviestinnässä vaativat kookkaita ja kalliita suprajohtavia nanolanka-yksittäisfotoni-ilmaisimia (SNSPD), mutta he toivovat voivansa poistaa tämän esteen.

"Fotonit liikkuvat valonnopeudella ja niiden laaja aallonpituusalue mahdollistaa kommunikoinnin erityyppisten kubittien kanssa", sanoo Stefan Preble, professori Kate Gleason College of Engineeringissä RIT:ssä. "Keskitymme hajautettuun kvanttilomittuneisuuteen ja RoQNET on testiympäristö sille."

Aiheesta aiemmin:

Suora viestintä useiden kvanttiprosessorien välillä

Uusia menetelmiä turvalliseen kvanttitiedonsiirtoon

Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa