Extremt noggranna mätningar av mikrovågssignaler kan potentiellt användas för datakryptering baserad på kvantkryptografi och andra ändamål.

Forskare vid Aalto-universitetet och Jyväskylä universitet har utvecklat en ny metod för att mäta mikrovågssignaler extremt noggrant. Denna metod kan användas för att bearbeta kvantinformation, till exempel, genom att effektivt omvandla signaler från mikrovågskretsar till den optiska regimen.

Viktig kvantgräns

Om du försöker ställa in en radiostation men tornet är för långt borta, signalen förvrängs av brus. Bruset beror mest på att man måste förstärka informationen som bärs av signalen för att överföra den till en hörbar form. Enligt kvantmekanikens lagar, alla förstärkare lägger till brus. I början av 1980-talet Den amerikanske fysikern Carlton Caves bevisade teoretiskt att Heisenbergs osäkerhetsprincip för sådana signaler kräver att minst ett halvt energikvantum av brus måste läggas till signalen. I vardagen, den här typen av ljud spelar ingen roll, men forskare runt om i världen har haft som mål att skapa förstärkare som skulle komma nära Caves gräns.

"Kvantgränsen för förstärkare är avgörande för att mäta känsliga kvantsignaler, såsom de som genereras i kvantberäkningar eller kvantmekaniska mätningar, eftersom det extra bruset begränsar storleken på signaler som kan mätas', förklarar professor Mika Sillanpää.

Från kvantbitar till flygande qubitar

Än så länge, lösningen för att komma närmast gränsen är en förstärkare baserad på supraledande tunnelövergångar utvecklade på 1980-talet, men denna teknik har sina problem. Leds av Sillanpää, forskarna från Aalto och Jyväskylä universitet kombinerade en nanomekanisk resonator – en vibrerande nanodrum – med två supraledande kretsar, dvs hålrum.

'Som ett resultat, vi har gjort den mest exakta mikrovågsmätningen med nanodrums hittills', förklarar Caspar Ockeloen-Korppi från Aalto-universitetet, vem som utförde själva mätningen.

Förutom mikrovågsmätningen, denna enhet gör det möjligt att transformera kvantinformation från en frekvens till en annan samtidigt som den förstärks.

"Detta skulle till exempel tillåta överföring av information från supraledande kvantbitar till "flygande kvantbitar" i det synliga ljusområdet och tillbaka", föreställ dig skaparna av teorin för enheten, Tero Heikkilä, Professor vid Jyväskylä universitet, och akademiforskare Francesco Massel. Därför, metoden har potential för datakryptering baserad på kvantmekanik, dvs kvantkryptografi, såväl som andra applikationer.