Fiberoptisk teknik är höghastighetens heliga graal, långdistanstelekommunikation. Fortfarande, med den fortsatta exponentiella tillväxten av internettrafik, forskare varnar för en kapacitetskris.

I AVS Quantum Science , forskare från National Institute of Standards and Technology och University of Maryland visar hur kvantförstärkta mottagare kan spela en avgörande roll för att ta itu med denna utmaning.

Forskarna utvecklade en metod för att förbättra mottagare baserad på kvantfysikegenskaper för att dramatiskt öka nätverkets prestanda samtidigt som de avsevärt minskar felbithastigheten (EBR) och energiförbrukningen.

Fiberoptisk teknik är beroende av mottagare för att detektera optiska signaler och omvandla dem till elektriska signaler. Den konventionella upptäcktsprocessen, till stor del som ett resultat av slumpmässiga ljusfluktuationer, producerar skottljud, ' vilket minskar detektionsförmågan och ökar EBR.

För att hantera detta problem, signaler måste kontinuerligt förstärkas när pulserande ljus blir svagare längs den optiska kabeln, men det finns en gräns för att upprätthålla adekvat förstärkning när signaler knappt blir märkbara.

Kvantförbättrade mottagare som bearbetar upp till två bitar av klassisk information och kan övervinna skottbruset har visat sig förbättra detekteringsnoggrannheten i laboratoriemiljöer. I dessa och andra kvantmottagare, en separat referensstråle med en enfotondetekteringsåterkoppling används så att referenspulsen så småningom tar bort insignalen för att eliminera skottbruset.

Forskarnas förbättrade mottagare, dock, kan avkoda så många som fyra bitar per puls, eftersom det gör ett bättre jobb med att skilja mellan olika ingångslägen.

För att uppnå mer effektiv detektering, de utvecklade en moduleringsmetod och implementerade en återkopplingsalgoritm som drar fördel av de exakta tiderna för enfotondetektion. Fortfarande, ingen enskild mätning är perfekt, men det nya holistiskt utformade kommunikationssystemet ger i genomsnitt allt mer exakta resultat.

"Vi studerade teorin om kommunikation och kvantmottagares experimentella tekniker för att komma fram till ett praktiskt telekommunikationsprotokoll som drar maximal nytta av kvantmätningen, ", sa författaren Sergey Polyakov. "Med vårt protokoll, eftersom vi vill att insignalen ska innehålla så få fotoner som möjligt, vi maximerar chansen att referenspulsen uppdateras till rätt tillstånd efter den allra första fotondetektionen, så i slutet av mätningen, EBR minimeras."