Het kwantumrijk bevat de sleutel tot de volgende revolutie in de communicatietechnologie zoals wij die kennen. Met de belofte van ongekende prestaties en ondoordringbare beveiliging, kwantumtechnologie zet zijn eerste stappen in de richting van het uiteindelijke doel van toepassingen zoals sterk versleutelde maar bijna snelle financiële transacties. Echter, de mogelijkheid voor kwantumcomputers om met elkaar te communiceren is beperkt door de middelen die nodig zijn voor dergelijke uitwisselingen, beperking van de hoeveelheid informatie die kan worden verhandeld, evenals de hoeveelheid tijd die het kan worden opgeslagen.

Onderzoekers in Japan hebben een belangrijke stap gezet in de richting van het aanpakken van deze resourcebeperkingen. Ze publiceerden hun bevindingen op 27 mei in Fysieke beoordelingsbrieven .

"Om externe kwantumcomputers met elkaar te verbinden, we hebben de capaciteit nodig om kwantummechanische bewerkingen tussen hen uit te voeren over zeer lange afstanden, allemaal met behoud van hun belangrijke kwantumcoherentie, " zei professor Kae Nemoto, paper auteur en directeur van het Global Research Center for Quantum Information Science aan het National Institute of Informatics (NII) in Japan.

"Echter, interessant, terwijl kwantumcomputers op kleine schaal zijn ontstaan, kwantumcommunicatietechnologie bevindt zich nog op apparaatniveau en is niet samen geïntegreerd om communicatiesystemen te realiseren. In dit werk, we tonen een route voorwaarts."

Kwantuminformatie vereist bescherming tegen de aanzienlijke hoeveelheid ruis eromheen, evenals de neiging van informatie om verloren te gaan uit het oorspronkelijke bericht. Dit beschermingsproces wordt kwantumfoutcorrectie genoemd, die één stukje informatie verstrikt in vele qubits, de meest elementaire eenheid van kwantuminformatie. Stel je een brief voor die in negen stukken is gescheurd, elk in een envelop geplaatst, waarbij elke envelop naar dezelfde bestemming wordt gestuurd om opnieuw in elkaar te worden gezet en gelezen. In de kwantumwereld de enveloppen worden verzonden via fotonen en er is voldoende informatie in elke envelop om de hele brief opnieuw te maken als een van de enveloppen verloren gaat of vernietigd wordt.

"De overhead om kwantuminformatie te beschermen tegen ruis en verlies zal groot zijn, en de grootte van de benodigde apparaten om dit te realiseren zal ernstige problemen veroorzaken, zoals we zijn gaan zien in de huidige ontwikkeling van kwantumcomputers, " zei Nemoto. "Omdat de inspanningen om het kwantuminternet te realiseren wereldwijd plaatsvinden, het is belangrijk om het te zien als een systeem, en geen simpele apparaten."

Nemoto en haar team hebben dit probleem aangepakt met behulp van een proces dat kwantummultiplexing wordt genoemd, waarin ze niet alleen het geluid verminderden, maar ook het aantal middelen dat nodig is om informatie te verzenden. Bij multiplexen, de informatie in twee afzonderlijke fotonen wordt gecombineerd tot één foton, als twee enveloppen die in een portfolio worden verzonden, dus de informatie is nog steeds individueel beschermd, maar er is slechts één stempel nodig voor transport.

"In dit systeem kwantumfoutcorrectie zal een essentiële rol spelen, niet alleen om de verzonden kwantuminformatie te beschermen, maar ook voor het aanzienlijk verminderen van de benodigde middelen om alle taken te vervullen die men nodig heeft, " zei papier co-auteur William J. Munro, een onderzoeker bij de Basisonderzoekslaboratoria van NTT. "Quantum multiplexing maakt een aanzienlijke vermindering van hulpbronnen mogelijk zonder dat er nieuwe technologie hoeft te worden ontwikkeld voor dergelijke kwantumcommunicatie-apparaten."

De onderzoekers breiden hun werk momenteel uit naar grootschalige kwantumcomplexe netwerkscenario's.

"De kwantumrevolutie heeft ons in staat gesteld om nieuwe technologieën te ontwerpen en te creëren die voorheen onmogelijk werden geacht in onze klassieke wereld, Nemoto zei. "Kleinschalige kwantumcomputers hebben al betere rekenprestaties laten zien dan de grootste supercomputers van vandaag. Echter, er zijn veel andere vormen van kwantumtechnologie in opkomst en een van de meest diepgaande zou het kwantuminternet kunnen zijn - een voor kwantum geschikte versie van het internet van vandaag - waarmee we apparaten met elkaar kunnen verbinden, inclusief kwantumcomputers."

Volgende, de onderzoekers bouwen voort op de eerste stappen die ze al hebben gezet om zowel de hoeveelheid informatie als de bewaartijd te vergroten.