Дослідники знаходять захист для квантових комунікацій

Армійські дослідники розробили новий спосіб захисту та захисту квантової інформації, перемістивши квантові мережі на крок ближче до реальності.

Квантова інформатика - це швидко зростаюча міждисциплінарна сфера, що вивчає нові способи зберігання, маніпулювання та передачі інформації. Дослідники хочуть створити потужні обчислювальні можливості, використовуючи нове обладнання, яке працює на принципах квантової фізики.

Для армії нові квантові парадигми потенційно можуть призвести до трансформаційних можливостей у швидкому, ефективному та безпечному зборі, обміні та обробці величезної кількості інформації на динамічних полях битви майбутнього.

Доктори Ден Джонс, Брайан Кірбі та Майкл Бродський з дослідно-дослідної лабораторії командування бойових можливостей армії США, до яких приєдналися Габріеле Рікарді та професор Крістіан Антонеллі з Університету Л'Акуїла, вивчали джерела шуму в квантових каналах зв'язку.

Шум - це звичайна поразка будь-якого спілкування - кожен, хто коли-небудь користувався радіо, рацією або телефоном, час від часу зазнавав галасливого прийому, сказав Бродський. Інженери зв'язку розробляють хитромудрі схеми, щоб усунути шум і максимально очистити переданий сигнал.

За словами Бродського, квантові комунікації не відрізняються своєю сприйнятливістю до шуму в каналах зв'язку. Насправді навіть більше, ніж звичайні класичні комунікації, оскільки квантові сигнали мають надзвичайно низьку потужність.

"Щоб створити корисну квантову мережу, нам потрібно зрозуміти, наскільки далеко, наскільки швидко і наскільки надійно ми могли б надсилати квантову інформацію", - сказав Бродський. "Це вимагає розуміння шуму в каналах зв'язку".

Поки команда моделювала, імітувала, характеризувала та вимірювала різні типи шуму в квантових каналах, дослідники зрозуміли, що хоча деякі типи квантових шумів неможливо відфільтрувати, інші можна видалити досить легко.

Дивно, але виявляється, що поганий шум можна перетворити на хороший, просто додавши дешевий додатковий компонент в квантовий канал. Наявність цього додаткового контролю дозволяє їм налаштовувати канал і регулювати властивості шуму, який маскує переданий сигнал.

Загальна увага в лабораторії Quantum Networking Group полягає в експериментальному дослідженні найбільш ефективних та безпечних способів створення, зберігання та обробки квантової інформації на основі сучасних фотонних технологій того часу. Основним конем групи є квантовий тест лабораторії, який вони побудували в штаб-квартирі в Адельфі, штат Меріленд. Дослідники використовують квантовий дослідний стенд для випробування різноманітних фотонних технологічних підходів до швидкої та надійної доставки квантової інформації на великі відстані.

"Ми підходимо до нашого дослідження досить унікально, одягаючи капелюхи системних інженерів", - сказав Джонс.

Сфера досліджень групи охоплює розробку архітектури та принципів функціонування квантових мереж, а також розуміння та відображення технологічних обмежень щодо їх практичної реалізації, і, нарешті, винахід методів та методів для розробки цих обмежень. Поточні результати досліджень належать до двох останніх категорій.

Наступні заплановані проекти зосереджені на демонстрації інтригуючого способу абсолютно безпомилкової передачі квантової інформації. Далі йдеться про створення багатокористувацького квантового тесту, розгорнутого на місцях, та демонстрацію безпечних протоколів обміну таємницями між двома столичними містечками.

Сфера квантової інформатики процвітає у всьому світі, оскільки потенційно може призвести до неперевершених можливостей у обчисленні, комунікації та мережах. Він пропонує нові парадигми в способах обробки інформації, що призведе до безпечного обміну секретами, розподіленого зондування мережі та ефективного прийняття рішень.

"Результати наших досліджень є кроком до озброєння винищувача майбутнього квантовими перевагами та хорошим прикладом того, як операціоналізація науки призводить до трансформаційних перевершень", - сказав Бродський.

Група узагальнила результати своїх досліджень у статті "Дослідження класичної кореляції шуму для відновлення квантової інформації за допомогою локальної фільтрації", прийнята рецензованим New Journal of Physics.