Kohti kvanttimaista tiedonsiirtoa23.03.2021
Oak Ridge National Laboratoryn tutkijaryhmä yhdessä Purdue-yliopiston kollegoiden kanssa ovat ottaneet tärkeän askeleen kohti kvanttitason tiedonsiirron tavoitetta hyödyntämällä valon taajuutta. Kun tutkijat hyödyntävät valon ominaisuuksia ja kvanttimekaniikan periaatteita informaation siirtämiseksi, se tekee verkosta itsestään fotonisen kvantti-informaation prosessorin. Tällainen lähestymistapa on lupaava useista syistä. Ensinnäkin fotonit kulkevat valon nopeudella eivätkä ne yleensä ole vuorovaikutuksessa toistensa tai ympäristön kanssa. ”Valo on oikeastaan ainoa toteuttamiskelpoinen vaihtoehto kvanttitiedonsiirrossa pitkille matkoille”, sanoo projektin johtaja Joseph Lukens. Tutkijajoukkue käytti valoa tuottamaan frequency-bin kubitteja eli yksittäisiä fotoneja, jotka ovat kahden eri taajuuden superpositiossa, osoittamaan täysin mielivaltaiset viestintäoperaatiot taajuuskoodauksessa ensimmäistä kertaa. Lisäksi ORNL:ssä kehitetyn kvanttitaajuusprosessorin avulla tutkijat osoittivat laajalti sovellettavissa olevia kvanttiportteja eli loogisia operaatioita, joita tarvitaan kvanttitiedonsiirron protokollien realisointiin. Todistamalla, että kokoonpano voisi muuttaa minkä tahansa kubittitilan toiseksi kubittitilaksi, tiimi osoitti käytännön tiedonsiirron. "Jos pystyt tekemään mielivaltaisia operaatioita, voit tehdä minkä tahansa perustavanlaatuisen kvanttiyhteyden protokollan, kuten taajuusmuunnokseen perustuvan reitityksen", Lukens sanoo. Vaikka taajuus-bin -kvanttiverkkojen hallintaa on ollut historiallisesti vaikea hallita, ryhmän työkalupakki, Lukens täsmentää, tekee siitä paljon hallittavamman. Se on luonnollisesti tuotettu järjestelmä, joka muuntuu hyvin olemassa olevaksi kuituoptiikaksi. Järjestelmä kehitettiin käyttämällä klassisia tietoliikennekomponentteja, mikä tekee tekniikasta houkuttelevammaksi teollisuudelle.
"Osoitamme tavan tehdä aallonpituuden reititys vain yhdellä laitteella – aallonpituus-selektiivisellä kytkimellä - periaatteessa 12 - 20 käyttäjän verkon rakentamiseksi", kertoo Andrew Weiner. "Aikaisemmat lähestymistavat ovat vaatineet fyysisesti kiinteästi viritettyjä optisia suodattimia, mikä tekee eri käyttäjien väliset yhteydet joustamattomiksi." Kvantti-internetissä käyttäjien välisten yhteyksien muodostaminen ja kaistanleveyden säätäminen tarkoittaa lomittumisen jakamista kaukanakin toisistaan olevien osien välillä. Lomittuneita fotoneja voidaan käyttää resurssina lomittamaan kvanttitietokoneita tai kvanttisensoreita kahdelle eri asemalle. Aiheesta aiemmin: Fyysikot kehittävät kvanttimodeemia Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Jokainen mielivaltaisten taajuus-bin -kubittitilojen visuaalisen esityksen piste pallolla vastaa uniikkia kvanttitilaa ja harmaat osat edustavat mittaustuloksia.
Osin yhteiseen työhön liittyen Purduen insinöörit ovat esittäneet kvantti-internetin ohjelmoitavaa kytkintä. Sen avulla voi säätää kuinka paljon dataa kullekin käyttäjälle ajetaan ohjailemalla eri datakanavilla kuljettavien valon aallonpituuksia, tehden mahdolliseksi käyttäjien määrän lisäämisen lisäämättä fotonihäviötä verkon kasvaessa.