Kwantumcommunicatie, die absolute gegevensbeveiliging garandeert, is een van de meest geavanceerde takken van de "tweede kwantumrevolutie". Bij kwantumcommunicatie de deelnemende partijen kunnen elke poging tot afluisteren detecteren door een beroep te doen op het fundamentele principe van de kwantummechanica - een meting beïnvloedt de gemeten grootheid. Dus, het loutere bestaan ​​van een afluisteraar kan worden gedetecteerd door de sporen te identificeren die zijn metingen van het communicatiekanaal achterlaten.

Het grootste nadeel van kwantumcommunicatie tegenwoordig is de lage snelheid van gegevensoverdracht, die wordt beperkt door de snelheid waarmee partijen kwantummetingen kunnen uitvoeren.

Onderzoekers van Bar-Ilan University hebben een methode bedacht die deze "snelheidslimiet" overwint, en maakt een verhoging van de gegevensoverdrachtsnelheid met meer dan 5 ordes van grootte mogelijk! Hun bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Homodyne-detectie is een hoeksteen van kwantumoptica, fungeren als een fundamenteel hulpmiddel voor het verwerken van kwantuminformatie. Echter, de standaard homodyne-methode lijdt aan een sterke bandbreedtebeperking. Terwijl kwantum optische verschijnselen, gebruikt voor kwantumcommunicatie, kan gemakkelijk een bandbreedte van vele THz overspannen, de standaardverwerkingsmethoden van deze informatie zijn inherent beperkt tot het elektronisch toegankelijke MHz-tot-GHz-bereik, waardoor er een dramatische kloof ontstaat tussen de relevante optische fenomenen die worden gebruikt voor het dragen van de kwantuminformatie, en het vermogen om het te meten. Dus, de snelheid waarmee kwantuminformatie kan worden verwerkt, is sterk beperkt.

In hun werk, de onderzoekers vervangen de elektrische niet-lineariteit die dient als het hart van homodyne-detectie, die de optische kwantuminformatie omzet in een klassiek elektrisch signaal, met een directe optische niet-lineariteit, het transformeren van de kwantuminformatie in een klassiek optisch signaal. Dus, het uitgangssignaal van de meting blijft in het optische regime, en behoudt de enorme bandbreedte die optische fenomenen bieden.

"We bieden een directe optische meting die de informatiebandbreedte bespaart, in plaats van een elektrische meting die de bandbreedte van de kwantum optische informatie in gevaar brengt, " zegt Dr. Yaakov Shaked, die het onderzoek uitvoerde tijdens zijn Ph.D. studies in het laboratorium van Prof. Avi Pe'er. Om dit idee te demonstreren, de onderzoekers voeren een gelijktijdige meting uit van een ultrabreedband kwantum optische toestand, 55THz omspannen, het presenteren van niet-klassiek gedrag over het hele spectrum. Zo'n meting, met behulp van de standaardmethode, praktisch onmogelijk zou zijn.

Het onderzoek kwam tot stand door een samenwerking tussen de Quantum Optics Labs van Prof. Avi Pe'er en Prof. Michael Rosenbluh, samen met Yoad Michael, Dr. Rafi Z. Vered en Leon Bello bij de afdeling Natuurkunde en Instituut voor Nanotechnologie en Geavanceerde Materialen aan de Bar-Ilan University.

Deze nieuwe vorm van kwantummeting is ook relevant voor andere takken van de "tweede kwantumrevolutie", zoals quantum computing met superkrachten, kwantumdetectie met supergevoeligheid, en kwantumbeeldvorming met superresolutie.