Extreem nauwkeurige metingen van microgolfsignalen kunnen mogelijk worden gebruikt voor gegevenscodering op basis van kwantumcryptografie en andere doeleinden.

Onderzoekers van de Aalto University en de University of Jyväskylä hebben een nieuwe methode ontwikkeld om microgolfsignalen uiterst nauwkeurig te meten. Deze methode kan worden gebruikt voor het verwerken van kwantuminformatie, bijvoorbeeld, door signalen van microgolfcircuits efficiënt te transformeren naar het optische regime.

Belangrijke kwantumlimiet

Als u probeert af te stemmen op een radiostation, maar de toren is te ver weg, het signaal wordt vervormd door ruis. De ruis is meestal het gevolg van het moeten versterken van de informatie die door het signaal wordt gedragen om het in een hoorbare vorm om te zetten. Volgens de wetten van de kwantummechanica, alle versterkers voegen ruis toe. In het begin van de jaren tachtig, De Amerikaanse natuurkundige Carlton Caves bewees theoretisch dat het onzekerheidsprincipe van Heisenberg voor dergelijke signalen vereist dat ten minste een halve energiekwantum aan ruis aan het signaal moet worden toegevoegd. In het dagelijkse leven, dit soort lawaai maakt niet uit, maar onderzoekers over de hele wereld hebben ernaar gestreefd versterkers te maken die dicht bij de limiet van Caves zouden komen.

'De kwantumlimiet van versterkers is essentieel voor het meten van delicate kwantumsignalen, zoals die gegenereerd in kwantumcomputing of kwantummechanische metingen, omdat de toegevoegde ruis de grootte van de te meten signalen beperkt', legt professor Mika Sillanpää uit.

Van kwantumbits tot vliegende qubits

Tot dusver, de oplossing om het dichtst bij de limiet te komen, is een versterker op basis van supergeleidende tunnelovergangen die in de jaren tachtig zijn ontwikkeld, maar deze technologie heeft zijn problemen. Onder leiding van Sillanpää, de onderzoekers van Aalto en de Universiteit van Jyväskylä combineerden een nanomechanische resonator – een vibrerende nanodrum – met twee supergeleidende circuits, d.w.z. gaatjes.

'Als resultaat, we hebben tot nu toe de meest nauwkeurige microgolfmeting met nanodrums gedaan', legt Caspar Ockeloen-Korppi van Aalto University uit, die de daadwerkelijke meting heeft uitgevoerd.

Naast de microgolfmeting, dit apparaat maakt het mogelijk om kwantuminformatie van de ene frequentie naar de andere te transformeren en tegelijkertijd te versterken.

'Hierdoor zou bijvoorbeeld informatie kunnen worden overgedragen van supergeleidende kwantumbits naar de 'vliegende qubits' in het zichtbare lichtbereik en terug', stel je de makers van de theorie voor het apparaat voor, Tero Heikkilä, Professor aan de Universiteit van Jyväskylä, en Academy Research Fellow Francesco Massel. Daarom, de methode heeft potentieel voor data-encryptie op basis van kwantummechanica, dat wil zeggen kwantumcryptografie, evenals andere toepassingen.