Arméforskare utvecklade ett nytt sätt att skydda och skydda kvantinformation, flytta kvantnätverk ett steg närmare verkligheten.

Kvantinformationsvetenskap är ett snabbt växande tvärvetenskapligt område som utforskar nya sätt att lagra, manipulera och kommunicera information. Forskare vill skapa kraftfulla beräkningsmöjligheter med hjälp av ny hårdvara som arbetar med kvantfysikprinciper.

För armén, de nya kvantparadigmen kan potentiellt leda till transformationsmöjligheter i snabb, effektiv och säker insamling, utbyta och bearbeta stora mängder information om framtidens dynamiska slagfält.

Drs. Dan Jones, Brian Kirby och Michael Brodsky från U.S.Army Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratory, tillsammans med Gabriele Riccardi och professor Cristian Antonelli från University of L'Aquila, studerat bruskällor i kvantkommunikationskanaler.

Buller är en vanlig plåga för all kommunikation - alla som någonsin har använt en radio, en walkie-talkie eller en telefon upplevde bullriga mottagningar då och då, Sa Brodsky. Kommunikationstekniker utarbetar invecklade system för att ta bort bullret och rengöra den överförda signalen så mycket som möjligt.

Enligt Brodsky, kvantkommunikation är inte annorlunda i sin mottaglighet för buller i kommunikationskanaler. Faktiskt, ännu mer än den vanliga klassiska kommunikationen eftersom kvantsignalerna har extremt låg effekt.

"För att skapa ett användbart kvantnätverk, vi måste förstå hur långt, hur snabbt och pålitligt vi kunde skicka kvantinformation, "Brodsky sa." Det kräver förståelse för bullret i kommunikationskanaler. "

Som laget modellerade, emulerad, karakteriserat och mätt olika typer av brus i kvantkanaler, forskarna insåg att medan vissa typer av kvantbrus är omöjliga att filtrera bort, andra kunde tas bort ganska enkelt.

Förvånande, det visar sig att det dåliga bruset kan omvandlas till bra brus genom att helt enkelt lägga till en billig extra komponent till kvantkanalen. Med denna extra kontroll kan de justera kanalen och justera egenskaperna hos bruset som döljer den överförda signalen.

Det övergripande fokuset för laboratoriets Quantum Networking Group är att experimentellt utforska de mest effektiva och säkra sätten att skapa, lagra och bearbeta kvantinformation baserad på dagens senaste fotoniska tekniker. Gruppens huvudsakliga arbetshäst är laboratoriets testbädd för kvantnätverk som de har byggt vid sitt huvudkontor i Adelphi, Maryland. Forskare använder kvanttestbädden för att testköra olika fotoniska tekniska tillvägagångssätt för snabb och robust leverans av kvantinformation över stora avstånd.

"Vi närmar oss vår forskning ganska unikt genom att bära systemingenjörshattar, "Sa Jones.

Gruppens forskningsområde sträcker sig över att utveckla arkitekturen och de operativa principerna för kvantnätverk, liksom förståelse och kartläggning av tekniska begränsningar för dess praktiska genomförande, och, till sist, uppfinna metoder och tekniker för att kringgå dessa begränsningar. De nuvarande forskningsresultaten tillhör de två senare kategorierna.

Nästa projekt på gång fokuserar på att visa ett spännande sätt att helt felfri överföra kvantinformation. Längre ner på linjen skapas en testanläggning för flera användare för kvantnät som är utplacerad på fältet och visar säkra hemliga delningsprotokoll mellan två distansmetropolitiska campus.

Området kvantinformationsvetenskap blomstrar över hela världen eftersom det potentiellt leder till oöverträffade beräkningsmöjligheter, kommunikation och nätverk. Det erbjuder nya paradigmer i hur information hanteras, vilket skulle leda till säker hemlig delning, distribuerad nätverksavkänning och effektivt beslutsfattande.

"Våra forskningsresultat är ett steg mot att beväpna framtidens krigskämpe med kvantfördelar och ett bra exempel på hur operationell vetenskap resulterar i transformationsövermatch, Sa Brodsky.

Gruppen sammanfattade sina forskningsresultat i ett papper, Utforska klassisk korrelation i brus för att återställa kvantinformation med hjälp av lokal filtrering, accepteras av peer-reviewed New Journal of Physics .