Армейските изследователи разработиха нов начин за защита и защита на квантовата информация, премествайки квантовите мрежи стъпка по-близо до реалността.

изследователите

Квантовата информационна наука е бързо разрастваща се интердисциплинарна област, която изследва нови начини за съхранение, манипулиране и обмен на информация. Изследователите искат да създадат мощни изчислителни възможности, използвайки нов хардуер, който работи на принципите на квантовата физика.

За армията новите квантови парадигми могат потенциално да доведат до трансформационни възможности за бързо, ефективно и сигурно събиране, обмен и обработка на огромни количества информация на динамичните бойни полета на бъдещето.

Д-р. Дан Джоунс, Брайън Кирби и Майкъл Бродски от армейската изследователска лаборатория на Командването за развитие на бойните способности на армията на САЩ, към които се присъединиха Габриеле Рикарди и професор Кристиан Антонели от университета в Акила, изучаваха източници на шум в квантовите комуникационни канали.

Шумът е често срещана болест на всяка комуникация - всеки, който някога е използвал радио, уоки-токи или телефон, е имал шумен прием от време на време, каза Бродски. Комуникационните инженери измислят сложни схеми за премахване на шума и за почистване на предавания сигнал колкото е възможно повече.

Според Бродски квантовите комуникации не се различават по своята чувствителност към шум в комуникационните канали. Всъщност дори повече от обикновените класически комуникации, защото квантовите сигнали са с изключително ниска мощност.

„За да проектираме полезна квантова мрежа, трябва да разберем колко далеч, колко бързо и колко надеждно бихме могли да изпратим квантова информация“, каза Бродски. „Това изисква разбиране на шума в комуникационните канали.“

Докато екипът моделира, емулира, характеризира и измерва различни видове шум в квантовите канали, изследователите осъзнават, че докато някои видове квантов шум са невъзможни за филтриране, други могат да бъдат премахнати доста лесно.

Изненадващо се оказва, че лошият шум може да се превърне в добър шум, като просто се добави евтин допълнителен компонент към квантовия канал. Наличието на този допълнителен контрол им позволява да променят канала и да регулират свойствата на шума, който маскира предавания сигнал.

Общият фокус на лабораторията Quantum Networking Group е експериментално да изследва най-ефективните и сигурни начини за създаване, съхраняване и обработка на квантова информация, базирана на най-съвременните фотонни технологии за деня. Основният работен кон на групата е квантовото тестово пространство на лабораторията, което те са построили в централата си в Аделфи, Мериленд. Изследователите използват квантовото тестово пространство, за да тестват различни фотонни технологични подходи за бързо и стабилно доставяне на квантова информация на големи разстояния.

„Подхождаме към нашите изследвания съвсем уникално, като носим шапки на системни инженери“, каза Джоунс.

Обхватът на изследванията на групата обхваща разработването на архитектурата и оперативните принципи на квантовите мрежи, както и разбирането и картографирането на технологичните ограничения за практическото им прилагане и, накрая, изобретяването на методи и техники за инженерство около тези ограничения. Настоящите резултати от изследванията принадлежат към последните две категории.

Следващите проекти в процес са насочени към демонстриране на интригуващ начин за напълно без грешки предаване на квантова информация. По-нататък се създава многопотребителска квантова мрежа, разположена в полето и демонстрираща защитени протоколи за споделяне на тайни между два градски кампуса от разстояние.

Полето на квантовата информационна наука процъфтява в световен мащаб, тъй като потенциално води до ненадминати възможности в изчисленията, комуникацията и мрежите. Той предлага нови парадигми в начина, по който се обработва информацията, което би довело до сигурно споделяне на тайни, разпределено мрежово наблюдение и ефективно вземане на решения.

"Резултатите от нашите изследвания са стъпка към въоръжаването на бойния войн на бъдещето с квантови предимства и добър пример за това как операционализирането на науката води до трансформационно превъзходство", каза Бродски.

Групата, обобщила резултатите от своите изследвания, е в статия, Изследваща класическата корелация на шума за възстановяване на квантовата информация с помощта на локално филтриране, приета от рецензирания New Journal of Physics.