Legeronderzoekers hebben een nieuwe manier ontwikkeld om kwantuminformatie te beschermen en te beveiligen. kwantumnetwerken een stap dichter bij de realiteit brengen.

Kwantuminformatiewetenschap is een snel groeiend interdisciplinair veld dat nieuwe manieren onderzoekt voor het opslaan, het manipuleren en communiceren van informatie. Onderzoekers willen krachtige rekenmogelijkheden creëren met behulp van nieuwe hardware die werkt volgens de principes van de kwantumfysica.

Voor het leger, de nieuwe kwantumparadigma's kunnen mogelijk leiden tot transformationele vermogens in snelle, efficiënt en veilig verzamelen, het uitwisselen en verwerken van enorme hoeveelheden informatie over dynamische slagvelden van de toekomst.

Drs. Dan Jones, Brian Kirby en Michael Brodsky van het Army Research Laboratory van het Amerikaanse leger Combat Capabilities Development Command, vergezeld door Gabriele Riccardi en professor Cristian Antonelli van de Universiteit van L'Aquila, bestudeerde bronnen van ruis in kwantumcommunicatiekanalen.

Lawaai is een veelvoorkomende plaag van elke communicatie - iedereen die ooit een radio heeft gebruikt, een portofoon of een telefoon had af en toe last van luidruchtige ontvangst, zei Brodsky. Communicatie-ingenieurs bedenken ingewikkelde schema's om de ruis te verwijderen en het verzonden signaal zoveel mogelijk te zuiveren.

Volgens Brodsky, kwantumcommunicatie is niet anders in hun gevoeligheid voor ruis in communicatiekanalen. In feite, zelfs meer dan de reguliere klassieke communicatie omdat de kwantumsignalen extreem laag vermogen hebben.

"Om een ​​bruikbaar kwantumnetwerk te ontwikkelen, we moeten begrijpen hoe ver, hoe snel en hoe betrouwbaar we kwantuminformatie kunnen verzenden, "Zei Brodsky. "Dat vereist begrip van de ruis in communicatiekanalen."

Zoals het team modelleerde, geëmuleerd, gekarakteriseerd en gemeten verschillende soorten ruis in kwantumkanalen, de onderzoekers realiseerden zich dat hoewel sommige soorten kwantumruis onmogelijk uit te filteren zijn, andere kunnen vrij gemakkelijk worden verwijderd.

Verrassend genoeg, het blijkt dat de slechte ruis kan worden omgezet in goede ruis door simpelweg een goedkope extra component aan het kwantumkanaal toe te voegen. Met deze extra controle kunnen ze het kanaal aanpassen en de eigenschappen aanpassen van de ruis die het verzonden signaal maskeert.

De algemene focus van de Quantum Networking Group van het lab is het experimenteel verkennen van de meest efficiënte en veilige manieren om te creëren, kwantuminformatie opslaan en verwerken op basis van de modernste fotonische technologieën van de dag. Het belangrijkste werkpaard van de groep is het testbed voor kwantumnetwerken van het laboratorium dat ze hebben gebouwd op het hoofdkantoor in Adelphi, Maryland. Onderzoekers gebruiken het kwantumtestbed om verschillende fotonische technologische benaderingen te testen voor de snelle en robuuste levering van kwantuminformatie over grote afstanden.

"We benaderen ons onderzoek vrij uniek door het dragen van hoeden van systeemingenieurs, ' zei Jones.

Het onderzoeksbereik van de groep omvat het ontwikkelen van de architectuur en operationele principes van kwantumnetwerken, evenals het begrijpen en in kaart brengen van technologische beperkingen voor de praktische implementatie ervan, en, Tenslotte, het uitvinden van methoden en technieken om deze beperkingen te omzeilen. De huidige onderzoeksresultaten behoren tot de laatste twee categorieën.

De volgende projecten in de pijplijn zijn gericht op het demonstreren van een intrigerende manier van volledig foutloze overdracht van kwantuminformatie. Verderop in de lijn is het creëren van een multi-user quantumnetwerk-testbed dat in het veld wordt ingezet en het demonstreren van veilige geheime protocollen voor het delen tussen twee grootstedelijke campussen op afstand.

Het gebied van de kwantuminformatiewetenschap is wereldwijd booming, omdat het potentieel leidt tot onovertroffen rekencapaciteiten, communicatie en netwerken. Het biedt nieuwe paradigma's in de manier waarop informatie wordt verwerkt, wat zou leiden tot veilig delen in het geheim, gedistribueerde netwerkdetectie en efficiënte besluitvorming.

"Onze onderzoeksresultaten zijn een stap in de richting van het bewapenen van de oorlogsjager van de toekomst met kwantumvoordelen en een goed voorbeeld van hoe het operationaliseren van wetenschap resulteert in transformationele overmatch, ' zei Brodsky.

De groep vatte hun onderzoeksresultaten samen in een paper, Klassieke correlatie in ruis onderzoeken om kwantuminformatie te herstellen met behulp van lokale filtering, geaccepteerd door de peer-reviewed Nieuw tijdschrift voor natuurkunde .