Kvantområdet är nyckeln till nästa revolution inom kommunikationsteknik som vi känner den. Med löfte om oöverträffad prestanda och ogenomtränglig säkerhet, kvantteknik tar sina första steg mot det slutliga målet för applikationer, till exempel högkrypterade men ändå nästan snabba som finansiella transaktioner. Dock, kvantdatorernas förmåga att kommunicera med varandra har begränsats av de resurser som krävs för sådana utbyten, begränsa mängden information som kan handlas, samt hur lång tid det kan lagras.

Forskare baserade i Japan har tagit ett stort steg mot att ta itu med dessa resursbegränsningar. De publicerade sina fynd den 27 maj i Fysiska granskningsbrev .

"För att ansluta fjärrkvantdatorer tillsammans, vi behöver förmågan att utföra kvantmekaniska operationer mellan dem över mycket långa avstånd, allt samtidigt som de behåller sin viktiga kvantkoherens, "sade professor Kae Nemoto, pappersförfattare och chef för Global Research Center for Quantum Information Science vid National Institute of Informatics (NII) i Japan.

"Dock, intressant, medan kvantdatorer har dykt upp i liten skala, kvantkommunikationstekniken är fortfarande på enhetsnivå och har inte integrerats tillsammans för att förverkliga kommunikationssystem. I det här arbetet, vi visar en rutt framåt. "

Kvantinformation kräver skydd mot den betydande mängd buller som omger den, liksom tendensen att information går förlorad från det första meddelandet. Denna skyddsprocess kallas kvantfelkorrigering, som trasslar in en del information i många qubits, den mest grundläggande enheten för kvantinformation. Tänk dig en bokstav sönderdelad i nio bitar, var och en placerad i ett kuvert, med varje kuvert skickat till samma destination för att återmonteras och läsas. I kvantvärlden, kuverten skickas via fotoner och det finns tillräckligt med information i varje kuvert för att återskapa hela brevet om något av kuverten försvinner eller förstörs.

"Kostnaden för att skydda kvantinformation från buller och förlust kommer att vara stor, och storleken på de enheter som krävs för att inse detta kommer att orsaka allvarliga problem, som vi har börjat se i dagens kvantdatorutveckling, "Säger Nemoto." Eftersom ansträngningarna att förverkliga kvantinternet sker världen över, det är viktigt att tänka på det som ett system, och inte enkla enheter. "

Nemoto och hennes team tog upp denna fråga med hjälp av en process som kallas quantum multiplexing, där de inte bara minskade buller, men också antalet resurser som behövs för att överföra information. Vid multiplexering, informationen i två separata fotoner kombineras till en foton, som två kuvert som skickas i en portfölj, så informationen är fortfarande individuellt skyddad men endast en stämpel behövs för transport.

"I detta system, kvantfelkorrigering kommer att spela en viktig roll, inte bara för att skydda den överförda kvantinformationen, men också för att avsevärt minska de resurser som krävs för att uppnå de uppgifter man behöver, "sade pappers medförfattare William J. Munro, en forskare vid NTT:s grundforskningslaboratorier. "Quantum multiplexing möjliggör betydande resursminskning utan att det krävs ny teknik för sådana kvantkommunikationsenheter."

Forskarna utökar för närvarande sitt arbete till storskaliga kvantkomplexa nätverksscenarier.

"Kvantrevolutionen har gjort det möjligt för oss att designa och skapa ny teknik som man tidigare trodde var omöjlig i vår klassiska värld, "Säger Nemoto." Småskaliga kvantdatorer har redan visat datorprestanda bättre än dagens största superdatorer. Dock, många andra former av kvantteknik växer fram och en av de mest djupgående kan vara kvantinternet-en kvantaktiverad version av dagens internet-som gör att vi kan nätverka enheter tillsammans, inklusive kvantdatorer. "

Nästa, forskarna kommer att bygga vidare på de första stegen de redan har tagit för att öka både mängden information och lagringstiden.