Fysiker har utformat en ny metod för att överföra stora kvantdata över långa avstånd som kräver mycket färre resurser än tidigare metoder, att föra implementeringen av fjärradistans överföring av stora kvantdata närmare verkligheten. Resultaten kan leda till utveckling av framtida kvantnätverk, som ett kvantinternet i global skala.

Forskarna, Michael Zwerger och medförfattare vid universitetet i Innsbruck, Österrike, har publicerat ett papper om den nya långdistanskvantkommunikationsmetoden i ett nyligen utgåva av Fysiska granskningsbrev .

"Den största betydelsen av vårt arbete är att vi tillhandahåller ett effektivt och skalbart system för kvantkommunikation på långa avstånd, "Berättade Zwerger Phys.org . "Vi tror att detta kommer att vara en viktig ingrediens för ett framtida kvantinternet, där stora mängder kvantdata kommer att överföras. Viktigast, i motsats till tidigare förslag, de resurser som krävs (per överförd qubit) vid varje repeaterstation skala inte med avståndet, vilket gör överföringen av kvantdata mer effektiv. "

Den nya metoden bygger på en alternativ typ av kvantrepeterare - en enhet som genererar kvantinvikling på avlägsna platser i ett kvantnät för att bekämpa signalförlust, lite hur en förstärkare förstärker signalen i klassiska kommunikationsnätverk.

Den största fördelen med den nya kvantrepetatorn är att den kan göra det lättare att skala upp kvantdataöverföring till längre sträckor än med tidigare kvantrepeterare. Vanligtvis, när överföringsavståndet ökar, fler resurser (qubits) behövs vid varje repeaterstation. I tidigare system, antalet resurser växer polylogaritmiskt eller till och med polynomiskt vid varje repeaterstation med avståndet.

Med hjälp av den nya kvantrepetatorn, antalet resurser per överförd qubit förblir konstant vid varje repeaterstation; det är, det är helt oberoende av avståndet. Detta gör att kvantdata kan överföras över godtyckligt långa avstånd med en relativt liten mängd resurser. I sitt nuvarande genomförande, metoden använder några hundra qubits vid varje repeaterstation, och kan nå interkontinentala avstånd.

Som fysikerna förklarar, nyckeln bakom den nya kvantrepeteraren är ett intanglementdestillationsprotokoll som kallas hashing, som genererar perfekta par av intrasslade qubits. Forskarna använde också en optimerad mätbaserad implementering, vilket minskar oönskat buller kraftigt. Dessa verktyg ger en hög feltolerans och höga överföringshastigheter, möjliggör överföring av kvantdata i realistiskt bullriga scenarier, som ett kvantinternet.

"Tänk bara på internet som det har vuxit med åren, där dataöverföringen har ökat dramatiskt, "Zwerger sa." Man kan tänka sig ett kvantinternet, där kvantinformation i stället för klassisk data överförs. Verkligen, ett antal mycket intressanta tillämpningar av sådan kvantdatatransmission har diskuterats, bland dem kvantkryptografi, distribuerad kvantberäkning och distribuerad avkänning. Verkligt säker överföring kräver stora nycklar, och därmed också stora kvantöverföringshastigheter. En liknande sak kan sägas om möjligheten till distribuerad kvantberäkning. I tidiga principprövningsexperiment, priser och omkostnader kanske inte är en stor sak, men detta kommer säkert att bli mycket relevant när man skala upp saker och ting. Det är här vårt förslag blir aktuellt. "

I framtiden, forskarna planerar att utöka de nya kvantrepetatorn till att fungera med större nätverk.

"Föreliggande förslag är för punkt-till-punkt-kommunikation mellan en avsändare och en mottagare, "Zwerger sa." Vi planerar att använda liknande idéer för multipartit kvantnätverk med många användare. Dessutom, vi undersöker för närvarande nya system där vi försöker tillämpa liknande tekniker på mindre skalor - ta några av idéerna i hashprotokollet och utforma förträngningsreningsprotokoll och kommunikationssystem som bara använder några qubits. Detta kan påverka en kortare tidsperiod, när första prototypen kvantkommunikationssystem kommer att byggas. "

© 2018 Phys.org