Квантовий зв`язок, продемонстрований в реальних умовах міста

Зашифроване на рівні квантів повідомлення, що містить більш ніж один біт інформації в кожній частинці світла, вперше було випромінено і перенесено крізь простір між двома будівлями в реальному місті, це демонстрація, яка могла б спростити квантовий зв'язок і зробити його більш життєздатним, згідно з недавнім дослідженням.

Вперше дослідники продемонстрували відправку повідомлень безпечним чином з використанням високомісткої квантової криптографії в реалістичних міських умовах.
Надано: командою SQO / Університет Оттави

 

Вчені раніше продемонстрували в лабораторних умовах, що одна частинка світла або фотона може кодувати кілька біт інформації. Але до сих пір експеримент ніколи не проводився в реальному сценарії.

«До сьогодні люди створювали квантовий зв'язок таким чином, щоб вони могли відправляти або нуль, або одиницю: один біт інформації», — сказав провідний автор дослідження Ебрахім Карімі, доцент кафедри фізики Університету Оттави.

«Проблема в тому, що для кожної окремої букви вам потрібно відправити вісім сигналів — вісім нулів або одиниць, і це дійсно складно», — сказав Карімі для Live Science. «Один сигнал може загубитися, а потім загубиться вся буква, все повідомлення».

За словами Карімі, шифрування інформації у квантових станах частинок, таких як фотони в декількох вимірах, значно спростить весь процес.

«Замість відправки багатьох фотонів або багатьох електронних сигналів я можу відправити вам один імпульс, який містить файл інформації», — сказав він. «Це було б приголомшливо. Це те, що ми називаємо надщільним кодуванням».

Згідно з дослідженням, проведеним Карімі і його командою, можна зменшити кількість фотонів, необхідних для передачі повідомлення на 50 відсотків.

Під час експерименту Ебрахім Карімі і його команда успішно відправили фотони, що містять два біти інформації між двома будівлями в Університеті Оттави, які перебували на відстані 984 футів (300 метрів) одна від одної.

За словами Карімі, використання високомісткого кодування також посилить безпеку, зробивши канал квантового зв'язку більш стійким до «шуму» погоди або інших зовнішніх впливів.

«У одновимірному квантовому зв'язку, якщо рівень шуму досягає 11% [від сигналу], канал більше не захищений», — сказав автор дослідження. «Однак обмеження збільшиться до 19 відсотків, якщо ви будете працювати з чотирма вимірами».

Тепер дослідники хотіли б поекспериментувати з відправкою і одержанням високомістких кванто-зашифрованих повідомлень на відстані до 5,5 миль (8,85 кілометра), щоб отримати можливість використовувати техніку в масштабі міста. Однак є серйозні проблеми, які необхідно подолати.

«Найбільша складність — це турбулентність, коли світло проходить через атмосферу», — сказав Карімі. «У нашому експерименті ми відправляємо один фотон, так що це дійсно складно. Вам потрібно відправити його під певним кутом і використовувати складний телескоп зі складною електронікою ».

Дослідники використовували обладнання, розроблене їх колегами з Університету Неаполя Federico II в Італії, яке раніше було перевірено в лабораторії. Пристрій використовує рідкокристалічну технологію поляризації променя ближнього світла для кодування інформації. Також, для цілей експерименту дослідники повинні були побудувати навіси на даху для захисту обладнання від погодних умов.

Технологія може одного разу використовуватися як частина глобальної системи квантової зв'язку, яка буде включати наземні мережі, а також супутники, кажуть дослідники.

Вчені всього світу зосередили зусилля на квантової криптографії як способі підвищити безпеку в цифровому світі. Всі повідомлення, транзакції і обмін даними між користувачами Інтернету кодуються за допомогою складних математичних алгоритмів. Однак, з недавніми розробками в області квантових обчислень, експерти побоюються, що такі математичні алгоритми в майбутньому не будуть безпечними. Очікується, що квантові комп'ютери, як тільки вони стануть реальністю, будуть здатні виконувати кілька обчислень одночасно. По суті, квантове шифрування може бути відповіддю на проблеми безпеки, вважають експерти, тому що воно за своєю природою є непорушним.

«Немає ніякого методу клонування, який означає, що ви не можете точно скопіювати інформацію», — сказав Карімі. «Другий момент полягає в тому, що в квантовому світі все не визначено, все розмито. Ви не знаєте, що таке значення, якщо ви не вимірюєте його».

Карімі сказав, що вимір частки, однак, впливає на частку і, отже, на повідомлення що міститься в ній. Це означає, що підслуховування третьої особи при обміні даними між А і В буде негайно виявлено.

Раніше в цьому році, в липні, китайські вчені повідомили про важливу віху в розвитку квантового шифрування, коли вони успішно передали заплутані фотони з супутника на наземну станцію.

Результати дослідження були опубліковані 24 серпня в журналі Optica.


В тему:

,
UkrNET - поисково-информационный ресурс