ノースウェスタン大学のエンジニアは、量子コンピューティングと通信において目覚ましい進歩を遂げ、すでに日常のインターネット トラフィックを伝送している標準的な光ファイバー ケーブルを介した量子テレポーテーションを実証しました。

この開発は、量子通信が専用回線を必要としない可能性を示しており、これにより、量子データ共有と古典的データ共有をより簡単かつ広範囲に統合する道が開かれます。

量子ネットワーキングへの道

ニュースは次のような考えを中心にしています。 量子信号 フォトンとして知られる繊細な光の粒子によって運ばれる情報は、その完全性を失うことなく日常のインターネット トラフィックに沿って移動できます。

このブレークスルーは、最初の粒子が物理的に移動することなく、粒子 (光子のような) の状態が遠く離れた別の粒子に転送されるプロセスである量子テレポーテーションを実証します。

量子テレポーテーションの背後にある科学

この方法では、もつれ合った光子を使用することで、安全かつほぼ瞬時のデータ共有が可能になり、将来の量子ネットワークへの道が開かれます。

研究チームは、以下を可能にするセットアップのテストに成功しました。 量子 通常のインターネット データの混雑したフローを干渉することなく情報を織り交ぜることができます。

この成果は、量子ネットワークを実用化する上での最大のハードルの 1 つを克服します。

プレム・クマール研究を監督した彼は、ノースウェスタン大学の電気およびコンピュータ工学の教授です。 マコーミック工学部。

彼は量子通信への貢献で知られており、光通信およびコンピューティング センターの所長を務めています。

クマール氏と彼の共同研究者らは、最近の研究で、量子信号についての古典的な考え方と併せて、新しい考え方を導入しています。

量子通信におけるもつれ

量子テレポーテーションは、物理的に物質を遠くに送ることなく情報を交換する方法としてもつれを利用するため、際立っています。コンセプトの起源は、 アインシュタイン、 ポドルスキー、1935年のローゼン。

それ以来、科学者たちは テスト済み 実験室における量子のもつれは、1993 年の量子テレポーテーションの正式な提案で頂点に達しました。

量子テレポーテーションの最大の魅力の 1 つは、光の移動とほぼ同じ速度で量子テレポーテーションが発生できることです。光子は絡み合うことができるため、どれだけ離れていても、一方の測定を実行すると、その相手に瞬時に影響を与えることができます。

「誰もそれが可能だとは思っていなかったので、これは信じられないほどエキサイティングです。私たちの研究は、次世代の量子と 古典的なネットワーク 統合された光ファイバーインフラストラクチャを共有します。基本的に、それは量子通信を次のレベルに押し上げるための扉を開きます」とクマール氏は熱心に語った。

繊細な光子の保護

単一光子の明確なルートを確保するには、単にアクティブなケーブルに光子を追加するだけでは済みません。通常のインターネット トラフィックは通常、数百万の光の粒子に依存しているため、 量子 フォトンは簡単に失われたり、圧倒されたりする可能性があります。

の 北西部 研究チームは、ケーブル内で光がどのように散乱するかについて詳細な研究を行い、クラッターが少ない特定の波長があるかどうかを確認しました。

彼らはそのスイートスポットを正確に特定し、通常のデータトラフィックによって生成されるノイズを低減するために特別なフィルターを追加しました。

「量子テレポーテーションには、地理的に離れたノード間で量子接続を安全に提供する機能があります」とクマール氏は述べています。

過去の研究では、大規模な 量子ネットワーク 特殊なシステムが必要になる場合があります。今回、彼の発見により、信号がスペクトル内の適切な場所に配置されている場合、これは厳密には必要ではない可能性があることが明らかになりました。

ビジーチャンネルでの最初のテスト実行

量子テレポーテーションの以前のデモンストレーションでは、通常、初期設定または専用ファイバーが必要でした。

いくつかの 研究者 信号が溢れている現実世界のケーブルは、微弱な量子光を覆い隠してしまうだろうと信じていた。その仮定は間違っていることが証明されました。

ノースウェスタン大学でのテストでは、研究者らは量子信号と古典的通信を同じ光ファイバーケーブル上で衝突させることなく実行した。

彼らは、どの程度の効果があるかを測定しました。 量子情報 目的地に到着し、相手側でもまだ正しいことを確認しました。

「私たちの研究は、次世代の量子ネットワークと古典ネットワークへの道を示しています」とクマール氏は要約しました。

現実世界のインフラストラクチャ

当面の計画は、システムをより長時間の稼働に拡張し、その後、地下ファイバー接続に移行することです。

同グループは、次は最終的に現実世界のケーブルに移行する可能性があると考えています。彼らは単一ペアのテレポーテーションを基にして、複数のペアのテレポーテーションを実験したいと考えています。 もつれた光子 エンタングルメント スワッピングとして知られる別の重要なステップを実行します。

そのマイルストーンに到達すれば、量子ネットワークは 2 点間だけではなく、領域全体に形成され始める可能性があります。

金融、防衛、データ管理などの重要な業務では、このようなネットワークは量子手法の固有の秘密性のおかげで、改ざんがすぐにわかるため、より安全な接続を提供できます。

より幅広い用途

サポートする能力 量子接続 特別なケーブルをセットアップする必要がなく、多くの新しいアイデアが実現可能になります。

分散量子コンピューティングは、異なる場所にある複数の量子コンピューターのリンクに依存するため、確立がより簡単になります。

距離感知タスクや高度な計測も、より安定した量子リンクの恩恵を受ける可能性があります。

量子ネットワークは、コンピューティングを超えて、暗号化、イメージング、および基礎物理学実験における新しいテクノロジーを促進する可能性を秘めています。

研究者らはまた、量子もつれを利用して 離れた場所の時計を同期する または、前例のないレベルのセキュリティで暗号化用の乱数を共有することもできます。

量子テレポーテーションの意義

量子テレポーテーションは魅力的な理論から、より実用的なツールへと成熟しました。

繊細な機能を統合するのは決して簡単ではありませんが、 量子信号、ノースウェスタングループの成果は、そのような統合が手の届くところにあるという自信を高めています。

多くの専門家は、特殊なインフラストラクチャの構築は量子ネットワークの避けられないコストであると信じてきました。

クマール氏の報告によると、波長を注意深く選択すれば、古典的な信号と量子情報はうまく共存できるという。この考え方により、組織は新しいケーブル グリッド全体を設置する必要がなくなります。

量子テレポーテーションに関する今後の取り組み

今後の研究では、研究者らは、ケーブルが実験室をはるかに越えて伸びている場合でも手法が安定していることを確認するために、アプローチの範囲をより長いセグメントに拡大する予定です。また、複数ノードのデモンストレーションを設計して、複数のリンクを処理できることを検証する予定です。

既存のコミュニケーション チャネルが適切に調整されれば、 量子データを運ぶ 遠い地点まで。

このような可能性が目前に迫っていることから、量子テレポーテーションは理論上の概念からコミュニケーションを変革するツールへと移行する可能性があります。

将来は、量子ネットワークと古典ネットワークが、かつてはありそうもなかった方法で並行して動作するようになるかもしれません。

研究は雑誌に掲載されます オプティカ。

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