Natuurkundigen hebben een nieuwe methode ontworpen voor het verzenden van grote kwantumgegevens over lange afstanden, waarvoor veel minder middelen nodig zijn dan eerdere methoden. de implementatie van big-kwantumdatatransmissie over lange afstand dichter bij de realiteit brengen. De resultaten kunnen leiden tot de ontwikkeling van toekomstige kwantumnetwerken, zoals een wereldwijd kwantuminternet.

De onderzoekers, Michael Zwerger en co-auteurs aan de Universiteit van Innsbruck, Oostenrijk, hebben een paper gepubliceerd over de nieuwe langeafstands-kwantumcommunicatiemethode in een recent nummer van: Fysieke beoordelingsbrieven .

"Het grootste belang van ons werk is dat we een efficiënt en schaalbaar schema bieden voor kwantumcommunicatie op lange afstand, "Zwerger vertelde" Phys.org . "Wij geloven dat dit een essentieel ingrediënt zal zijn voor een toekomstig kwantuminternet, waar grote hoeveelheden kwantumgegevens worden verzonden. Het belangrijkste is, in tegenstelling tot eerdere voorstellen, de benodigde resources (per verzonden qubit) op elk repeaterstation schalen niet met de afstand, wat de overdracht van kwantumgegevens efficiënter maakt."

De nieuwe methode is gebaseerd op een alternatief type kwantumrepeater:een apparaat dat kwantumverstrengeling genereert op verre locaties op een kwantumnetwerk om signaalverlies tegen te gaan. enigszins hoe een versterker het signaal versterkt in klassieke communicatienetwerken.

Het grootste voordeel van de nieuwe kwantumrepeater is dat de transmissie van kwantumdata veel gemakkelijker kan worden opgeschaald naar grotere afstanden dan met eerdere kwantumrepeaters. Typisch, naarmate de transmissieafstand groter wordt, bij elk repeaterstation zijn meer resources (qubits) nodig. In eerdere regelingen het aantal bronnen groeit polylogaritmisch of zelfs polynomiaal bij elk repeaterstation met de afstand.

Met behulp van de nieuwe kwantumrepeater, het aantal bronnen per verzonden qubit blijft constant op elk herhaalstation; dat is, het is volledig onafhankelijk van de afstand. Hierdoor kunnen kwantumgegevens over willekeurig lange afstanden worden verzonden met een relatief kleine hoeveelheid middelen. In de huidige uitvoering de methode gebruikt een paar honderd qubits op elk repeaterstation, en kan intercontinentale afstanden bereiken.

Zoals de natuurkundigen uitleggen, de sleutel achter de nieuwe kwantumrepeater is een verstrengelingsdestillatieprotocol genaamd hashing, die perfecte paren van verstrengelde qubits genereert. De onderzoekers gebruikten ook een geoptimaliseerde op metingen gebaseerde implementatie, waardoor ongewenste ruis aanzienlijk wordt verminderd. Deze tools bieden een hoge fouttolerantie en hoge overdrachtssnelheden, waardoor kwantumgegevensoverdracht mogelijk is in scenario's met realistische ruis, zoals een kwantuminternet.

"Denk maar aan internet zoals het door de jaren heen is gegroeid, waar de gegevensoverdracht enorm is toegenomen, "Zei Zwerger. "Je kunt je een kwantuminternet voorstellen, waar in plaats van klassieke data kwantuminformatie wordt verzonden. Inderdaad, een aantal zeer interessante toepassingen van dergelijke kwantumdatatransmissie zijn besproken, waaronder kwantumcryptografie, gedistribueerde kwantumcomputing en gedistribueerde detectie. Echt veilige verzending vereist grote sleutels, en dus ook grote kwantumtransmissiesnelheden. Iets soortgelijks kan gezegd worden over de mogelijkheid van gedistribueerde kwantumberekening. In vroege proof-of-principle experimenten, tarieven en overheadkosten misschien niet zo'n groot probleem zijn, maar dit zal zeker zeer relevant worden als men de zaken opschaalt. Hier wordt ons voorstel relevant."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om de nieuwe quantum-repeater-apparaten uit te breiden om met grotere netwerken te werken.

"Het huidige voorstel is voor point-to-point communicatie tussen een zender en een ontvanger, "Zei Zwerger. "We zijn van plan soortgelijke ideeën te gebruiken voor multipartiete kwantumnetwerken met veel gebruikers. In aanvulling, we onderzoeken momenteel nieuwe schema's waarbij we vergelijkbare technieken op kleinere schaal proberen toe te passen - waarbij we enkele van de ideeën van het hashing-protocol nemen en verstrengelingszuiveringsprotocollen en communicatieschema's ontwerpen die slechts een paar qubits gebruiken. Dit kan gevolgen hebben voor een kortere tijdspanne, wanneer de eerste prototype kwantumcommunicatiesystemen zullen worden gebouwd."

© 2018 Fys.org