Kvantesignal over byen

Første kvanteoverføring av multibit-fotoner gjennom luften

Kvantumoverføring gjennom byens luft - hvert foton har flere informasjonsbiter. © University of Ottawa
lese høyt

Rekordstor: For første gang har forskere overført et kvantesignal med mer enn en databit per foton gjennom luften - og dette i et spesielt vanskelig miljø. Fordi kvantemeldingen ble utvekslet midt i byen Ottawa over 300 meter langt mellom to hustak. Den doble kodingen av dataene gjorde kvantesignalet fremdeles lesbart til tross for turbulensen i luften, som forskerne melder.

Kvantekryptografi regnes for å være fremtidens krypteringsmetode, ettersom den gjør det mulig å sende data nesten "unknackable". På grunn av sammenfiltring av fotoner når kvantesignaler også mottakerne nesten øyeblikkelig - selv over lange avstander. I fremtiden kan derfor kvantekommunikasjon gjøre datautveksling i urbane fiberoptiske nettverk og også med bane sikrere og raskere.

Mer enn en bit per foton

Så langt brukes vanligvis den enkleste kodingen for overføring av kvantemeldinger: Et foton overfører litt - en null eller en. Ved å manipulere og lese to eller flere egenskaper ved fotonet, kan du imidlertid kode flere biter per lyspartikkel. Hvorvidt denne såkalte høydimensjonale kvantekryptering, men også fungerer i overføring gjennom luften, forble åpen til nå.

Nå har Ebrahim Karimi fra University of Ottawa og teamet hans tatt dette for første gang. For eksperimentet sitt bar de laserutstyret sitt, som normalt bare ble brukt i laboratoriet, til to hustak med omtrent 300 meters mellomrom på universitetets grunn. Instrumentene genererte sammenfiltrede fotoner, hvis kvantetilstand koder for to biter per partikkel. Hvert foton kan bære fire mulige signaler: 00, 01, 10 eller 11. Denne teknikken kalles derfor også 4D-kvantekryptografi.

Kvanteoverføring gjennom byens luft

Skulle denne kvanteinformasjonen overleve veien gjennom den turbulente byluften? Problemet er at den skjøre tilstanden i sammenfiltringen er relativt utsatt for å mislykkes. Spesielt i atmosfæren kan turbulens og andre forstyrrelser lett avbryte sammenfiltringen. Som en konsekvens kommer bare noen få kvantesignaler. "Kolleger vurderte derfor eksperimentet vårt som umulig, " rapporterer forskerne. utstilling

Eksperimentet var imidlertid enda bedre enn forventet: kvantemeldingen sendt med dobbeltkodede fotoner var fremdeles lesbar selv etter 300 meter lufttransport. "For første gang har vi sendt meldinger med høy dimensjonal kvantekryptering under realistiske urbane forhold, " sier Karimi.

Mindre urovekkende

Feilprosenten i overføringen var bare elleve prosent, som forskerne rapporterer. Dette er godt under terskelen på 19 prosent, hvorfra sikker overføring ikke lenger er mulig. I gjennomsnitt var de i stand til å overføre 1, 6 ganger mer informasjon per foton med sin 4D kvanteoverføring enn den konvensjonelle "en-bit-en-foton" -teknikken.

Grunnen til at fysikerne ser er at 4D-koding er mindre følsom for forstyrrelser. "Denne høyere terskelen betyr at 4D-kvantekryptografi kan brukes uansett hvor konvensjonell 2D-overføring mislykkes, " sier Karimi. "Kvantekommunikasjonen vi demonstrerte kunne brukes til å kommunisere med satellitter eller overføre krypterte data mellom steder som ikke kan kobles til via fiber." Fly kunne sende kvantesignaler.

Deretter ønsker forskerne å teste sin 4D kvanteoverføring nå på et lengre spor. De planlegger allerede et nettverk på tre stasjoner som er 5, 6 kilometer fra hverandre. På lengre sikt vil dette testnettverket være koblet til et kvantekommunikasjonsnettverk som allerede eksisterer i Ottawa. (Optica, 2017; doi: 10.1364 / optica.4.001006)

(The Optical Society, 25.08.2017 - NPO)