Wanneer kwantumcomputers krachtiger en wijdverspreider worden, ze hebben een robuust kwantuminternet nodig om te communiceren.

Ingenieurs van Purdue University hebben een probleem aangepakt dat de ontwikkeling van kwantumnetwerken verhindert die groot genoeg zijn om meer dan een handvol gebruikers betrouwbaar te ondersteunen.

De methode, aangetoond in een paper gepubliceerd in optiek , kan helpen de basis te leggen voor wanneer een groot aantal kwantumcomputers, kwantumsensoren en andere kwantumtechnologie zijn klaar om online te gaan en met elkaar te communiceren.

Het team heeft een programmeerbare schakelaar ingezet om aan te passen hoeveel gegevens naar elke gebruiker gaan door de golflengten van het licht dat de verschillende gegevenskanalen draagt ​​te selecteren en om te leiden. waardoor het mogelijk wordt om het aantal gebruikers te vergroten zonder fotonenverlies toe te voegen naarmate het netwerk groter wordt.

Als fotonen verloren gaan, kwantuminformatie gaat verloren - een probleem dat zich meestal voordoet naarmate fotonen verder moeten reizen door glasvezelnetwerken.

"We laten een manier zien om golflengteroutering uit te voeren met slechts één apparaat - een golflengteselectieve schakelaar - naar, in principe, een netwerk opbouwen van 12 tot 20 gebruikers, misschien zelfs meer, " zei Andrew Weiner, Purdue's Scifres Family Distinguished Professor in Electrical and Computer Engineering. "Voor eerdere benaderingen was het nodig om tientallen vaste optische filters fysiek uit te wisselen, afgestemd op individuele golflengten, waardoor de mogelijkheid om verbindingen tussen gebruikers aan te passen niet praktisch haalbaar was en fotonverlies waarschijnlijker was."

In plaats van deze filters toe te voegen telkens wanneer een nieuwe gebruiker lid wordt van het netwerk, ingenieurs zouden de golflengteselectieve schakelaar gewoon kunnen programmeren om gegevensdragende golflengten naar elke nieuwe gebruiker te sturen, waardoor de operationele en onderhoudskosten worden verlaagd en een kwantuminternet efficiënter wordt.

De golflengte-selectieve schakelaar kan ook worden geprogrammeerd om de bandbreedte aan te passen aan de behoeften van een gebruiker, wat niet mogelijk was met vaste optische filters. Sommige gebruikers gebruiken mogelijk toepassingen die meer bandbreedte nodig hebben dan andere, vergelijkbaar met hoe het kijken naar programma's via een webgebaseerde streamingservice meer bandbreedte gebruikt dan het verzenden van een e-mail.

Voor een kwantuminternet, het vormen van verbindingen tussen gebruikers en het aanpassen van bandbreedte betekent het verspreiden van verstrengeling, het vermogen van fotonen om een ​​vaste kwantummechanische relatie met elkaar te onderhouden, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn om gebruikers in een netwerk met elkaar te verbinden. Verstrengeling speelt een sleutelrol in kwantumcomputing en kwantuminformatieverwerking.

"Als mensen praten over een kwantuminternet, het is dit idee van verstrengeling op afstand tussen twee verschillende stations, zoals tussen kwantumcomputers, " zei Navin Lingaraju, een Purdue Ph.D. student in elektrotechniek en computertechniek. "Onze methode verandert de snelheid waarmee verstrengelde fotonen worden gedeeld tussen verschillende gebruikers. Deze verstrengelde fotonen kunnen worden gebruikt als een hulpmiddel om kwantumcomputers of kwantumsensoren op de twee verschillende stations te verstrengelen."

Purdue-onderzoekers voerden het onderzoek uit in samenwerking met Joseph Lukens, een onderzoekswetenschapper aan het Oak Ridge National Laboratory. De golflengteselectieve schakelaar die het team heeft ingezet, is gebaseerd op vergelijkbare technologie die wordt gebruikt voor het aanpassen van de bandbreedte voor de klassieke communicatie van vandaag.

De switch is ook in staat om een ​​"flex grid, " zoals klassieke lichtgolfcommunicatie nu gebruikt, om bandbreedte te verdelen over gebruikers op verschillende golflengten en locaties in plaats van te worden beperkt tot een reeks vaste golflengten, die elk een vaste bandbreedte of informatiedragende capaciteit op vaste locaties zouden hebben.

"Voor de eerste keer, we proberen iets te nemen dat geïnspireerd is door deze klassieke communicatieconcepten met vergelijkbare apparatuur om te wijzen op de potentiële voordelen die het heeft voor kwantumnetwerken, ' zei Weiner.

Het team werkt aan het bouwen van grotere netwerken met behulp van de golflengteselectieve schakelaar.