Forskarna Michael Zugenmaier och Karsten Dideriksen bredvid deras experimentella upplägg. Upphovsman:Niels Bohr Institute
Jakten på ett säkert informationsnätverk pågår. Forskare vid Niels Bohr Institute, Köpenhamns universitet, nyligen har lyckats öka lagringstiden för kvantinformation, använda en liten glasbehållare fylld med rumstempererade atomer, tar ett viktigt steg mot ett säkert kvantkodat distributionsnätverk.
Skicka information i optiska fibrer över långa avstånd i den klassiska regimen
Att skicka information över långa avstånd kan göras genom att koda meddelanden till ljuspulser, och skicka dem genom optiska fibrer. Men det finns förlust i fibrer, så förstärkning är nödvändig på vägen. Repeaters förstärker ljuspulserna med specifika intervall längs linjen, och voila! – Transatlantisk kommunikation är möjlig. Men det finns ett problem:Det är inte helt säkert. Informationen kan hämtas, och även om den är kodad, koder kan brytas.
Distribuera information i kvantregimen
Vad händer när man skickar kvantinformation, är något annorlunda. Själva informationen reser faktiskt inte, men teleporteras via trassel som distribueras i nätverket. Avsändaren har hälften av trasseln, och mottagaren har den andra halvan.
Trassel är mycket lättare att skapa över korta avstånd, så gränsen mellan avsändare och mottagare segmenteras och förträngning skapas mellan varje början och slutet av segmenten. Om varje segment kan lagra intrasslingen, linjeoperatören kan vänta tills intrassling skapas i alla segment och sedan utföra intrasslingsbyten vid lederna för att förlänga intrasslingen till hela avståndet mellan avsändare och mottagare. Så lagring är avgörande - och det är därför förbättringen av lagringstiden som forskarna gör nu är så viktig. Endast när trassel är på plats i hela linans längd, själva kommunikationen kan ske. Längs vägen, det är helt otillgängligt för någon annan, eftersom den känsliga kvantinformationen förstör sig själv omedelbart om du försöker avlyssna eller manipulera den på något sätt.
Illustration:Vid fördelning av trassel mellan avsändare A och mottagare B, kommunikationslinjen segmenteras genom att sätta in kvantrepetrar. I den här illustrationen är A intrasslad med Quantum Repeater I medan B är intrasslad med Quantum Receiver II. Efter att ha trasslat till att byta kvantrepetrar, trassel delas mellan A och B. Kvantrepetatörerna har inte längre någon trassel och kan inte användas för att fånga upp meddelanden. Kredit:Niels Bohr Institutet
Vi behöver många kvantupprepare
Lagringstiden kommer in i bilden, eftersom det faktiskt tar lite tid för informationen att resa i fibrerna. Den känsliga kvantinviklingen måste lagras, väntar på sin tur att resa genom den optiska fibern. Det är mycket vettigt att sikta på ett system som fungerar vid rumstemperatur, på grund av omfattningen av sådana nätverk. Om kvantupprepare måste distribueras för app. var 10 km kommunikationslinje, fördelarna med en enkel installation, arbetar vid rumstemperatur, är enorma.
Forskarna vid Niels Bohr -institutet har lyckats öka denna avgörande livslängd för kvanttillståndet vid rumstemperatur till ungefär en kvarts millisekund, och under denna tidsperiod, ljuset kan färdas cirka 50 km i fibern. "Så, 50 km - det är fortfarande inte särskilt långt, om du vill skicka regional kvantinformation, men det är mycket längre än vad som tidigare har uppnåtts med atomer vid rumstemperatur ", säger Karsten Dideriksen, Ph.D. student på projektet.
Själva tekniken
Själva tekniken består av en liten glasbehållare, fylld med Cæsium -atomer, där forskarna kan ladda, lagra och hämta enstaka fotoner (ljuspartiklar) från, de kvanttillstånd som är nödvändiga för repeteraren. Denna teknik förbättrar livslängden för kvanttillstånden vid rumstemperatur hundra gånger. Enkelhet är nyckeln, som man måste föreställa sig denna teknik, en gång utvecklats till sin fulla potential, spridda över hela världen som kvantupprepare i våra informationsnätverk.
Det omedelbara perspektivet är, såsom nämnts, lagring för användning i säkra kvantinformationsnätverk, men andra alternativ som generering av enkla fotoner på begäran för kvantberäkning finns på bordet.
