Kvanttitoistimia ilman kvanttimuisteja

Kvanttitekniikkaan perustuva tiedonsiirto on erittäin tehokkaasti salattavissa mutta nykyiset ratkaisut eivät mahdollista kovin pitkiä yhteysvälejä eikä varsinkaan keskittimiin perustuvaa välitystekniikkaa.

Fotonit näyttävät kuitenkin olevan kvanttiviestinnän mediavalinta. Mutta koska fotonit kärsivät häviöistä, toimiva kvanttiviestintä vaatii kvanttitoistimia. Aihetta on kuitenkin kehitelty ja ajatuksena on ollut, että ratkaisut vaativat aineellisiin kvanttimuisteihin perustuvaa tekniikkaa.

Nyt Toronton yliopiston insinöörit ovat suunnitelleet ensimmäiset kokonaan fotoniset kvanttitoistimet. Heidän uudenlaiset täysfotoniset kvanttitoistimet releoivat fotoneja pitkiä matkoja käyttäen pelkästään fotoneja, ilman aineellisia kvanttimuisteja tai tuketumatta aineen ja valon rajapintojen tiukkoihin vaatimuksiin.

Ryhmän ehdottamat täysfotoniset toistimet voivat ylpeillä suuremmilla kvantti-viestinnän nopeuksilla, käyttäen optisia elementtejä, joiden toiminta on jo demonstroitu ja toteutettu huoneenlämmössä. Ehdotus muun muassa hyödyntää erittäin lomittuneita kvanttitiloja (cluster states) ja niiden vikasietoisuutta häviöille.

Protokollan innovatiivisin osa on ajan kääntäminen jo aiemmin esitettyjen kvanttitoistimien ratkaisuissa siten, että lomittumisen vaihtaminen suoritetaan ennen lomittumisen generointia.

Tutkijoiden mukaan heidän täysfotonisen kvanttitoistimen konseptilla viestinnän tehokkuus skaalautuu polynomisesti kanavan pituuden kanssa. Tulokset avaavat uutta tietä kohti kvanttitoistimia, joissa hyödynnetään tehokkaita yhden fotonin lähteitä aineellisten kvanttimuistien sijaan.

Tutkijat uskovat, että heidän toistimia voidaan aikanaan käyttää verkottamaan yksittäisiä kvanttitietokoneita, jotka tosin jäävät vielä realisoituviksi ja intensiivisen tutkimuksen alaksi ympäri maailmaa.