Wetenschappers van het RDECOM onderzoekslaboratorium, het bedrijfsonderzoekslaboratorium (ARL) van het leger heeft een nieuwe manier gevonden om kwantuminformatie tijdens transmissie te beschermen, de deur openen voor meer veilige en betrouwbare communicatie voor oorlogsvechters op het slagveld.

Recente ontwikkelingen van geavanceerde technologieën in lasers en nanofysica, kwantumoptica en fotonica hebben onderzoekers de nodige hulpmiddelen gegeven om miniatuurkwantumsystemen te controleren en te manipuleren, zoals individuele atomen of fotonen - de kleinste lichtdeeltjes.

Deze ontwikkelingen hebben geleid tot een nieuw wetenschapsgebied:Quantum Information Science, of QIS, dat bestudeert informatie gecodeerd in kwantumsystemen en omvat kwantumcomputing, kwantumcommunicatie en kwantumdetectie onder andere subvelden.

Er wordt aangenomen dat kwantuminformatiewetenschap het potentieel heeft om de manier waarop informatie in de toekomst wordt verwerkt, vorm te geven.

Het bedrijfsonderzoekslaboratorium van het leger investeert in QIS-onderzoek om voortdurende technologische superioriteit in dit zich snel ontwikkelende veld te garanderen. wat op zijn beurt zal leiden tot meerdere nieuwe technologieën in de berekening, encryptie, veilige communicatie en nauwkeurige metingen.

Echter, om kwantuminformatie te gebruiken, wetenschappers moeten robuuste manieren bedenken om het te verwerken en door te geven - een taak die wordt aangepakt door Drs. Daniël Jones, Brian Kirby, en Michael Brodsky van het directoraat Computational and Information Sciences van het laboratorium.

"In onze klassieke wereld, informatie wordt vaak beschadigd tijdens manipulatie en verzending - iedereen is bekend met luidruchtige mobiele telefoonverbindingen in gebieden met slechte ontvangst, "Zei Brodsky. "Dus, communicatie-ingenieurs hebben aan verschillende technieken gewerkt om de ruis weg te filteren."

In klassieke communicatie het filteren is vrij eenvoudig omdat het lokaal wordt gedaan, dat is op de plek waar de informatie wordt ontvangen, zoals rechtstreeks in uw telefoon of internetrouter.

In de kwantumwereld dingen worden veel ingewikkelder.

Het onderzoeksteam van het lab heeft manieren onderzocht om ruis te filteren uit kleine stukjes kwantuminformatie - kwantumbits of qubits die via glasvezel-telecomverbindingen worden verzonden.

Ze ontdekten dat het filteren niet per se door de ontvangende partij hoeft te gebeuren.

"De aard van de kwantumtoestanden waarin de informatie is gecodeerd, is zodanig dat het filteren gemakkelijker op een andere locatie in het netwerk kan worden gedaan, ' zei Kirby.

Klopt, om een ​​qubit te repareren die over een bepaalde route is verzonden, men zou zelfs een filter kunnen toepassen op andere qubits die een andere route doorlopen.

Over het laatste jaar, de onderzoekers hebben het probleem van de transmissie van verstrengelde fotonenparen over optische vezels onderzocht.

"We zijn begonnen met het ontwikkelen van inzicht in hoe fysieke eigenschappen van echte telecomvezels, zoals inherente resterende dubbele breking en polarisatieafhankelijk verlies, of PDL, de kwaliteit van kwantumcommunicatie beïnvloeden, Jones zei. "We maakten gebruik van een nieuwe wiskundige benadering, wat heeft geleid tot de ontwikkeling van een eenvoudig en elegant geometrisch model van de PDL-effecten op polarisatieverstrengeling, ' voegde Kirby eraan toe.

Het ontwikkelde model voorspelt zowel de kwaliteit van verzonden kwantumtoestanden als de snelheid waarmee kwantuminformatie kan worden verzonden.

Verder, het team van het lab vond een nieuwe techniek uit die de schadelijke effecten van het geluid helpt verminderen.

De ontwikkelde modellen zijn experimenteel gevalideerd met behulp van het recent gebouwde Quantum Networking Testbed in het lab, die de praktische telecom glasvezelinfrastructuur simuleert.

"Wij zijn van mening dat dit onderzoek de potentie heeft om een ​​revolutie teweeg te brengen in cyberbeveiliging en om veilig delen en authenticeren van geheimen mogelijk te maken voor de oorlogsjager van de toekomst, ' zei Brodsky. 'Bovendien, het zal een impact hebben op de ontwikkeling van betere sensoren voor positienavigatie en timing, evenals kwantumcomputers die zouden kunnen resulteren in de synthese van nieuwe speciale materialen met on-demand eigenschappen."

Volgens de onderzoekers is om kwantumtechnologie werkelijkheid te maken, er moet een grootschalig in het veld ingezet testbed worden gebouwd, dus het begeleiden van de ontwikkeling van zowel kwantumhardware als -software.

Een tijdschriftartikel dat het onderzoek documenteert met de titel "Tuning quantum kanalen om polarisatieverstrengeling voor telecomfotonparen te maximaliseren" is opgenomen in de prestigieuze Natuur Partner Journal Quantum Informatie .