Ett stort steg mot flerdimensionell kvantkommunikation

En kvantmekanisk slumpgenerator som fungerar med hög säkerhet har tagits fram av en forskargrupp med bland andra LiU-forskaren Guilherme Xavier, avdelningen Informationskodning. Resultatet öppnar för flerdimensionell kvantkommunikation.

En optisk fiber sänder ut ljus till ett integrerat kiselchip i kvanttekniklaboratoriet vid LiU.  

Telekomindustrin har sedan några år tillbaka tagit fram flerkärniga optokablar vilket betyder kraftigt ökad överföringskapacitet i fibernäten. Forskare inom kvantkommunikation har naturligtvis inte varit sena att utnyttja den flerkärniga optotekniken för experiment, målet som hägrar är att kunna överföra information i flera dimensioner.

LiU-forskaren Guilherme Xavier började titta på detta för flera år sedan, då han var verksam vid universitetet i Concepcion i Chile. Tillsammans med kollegor i Chile, Storbritannien, Spanien och Brasilien har han nu tagit fram en flerdimensionell stråldelare, beamsplitter, som får fotonerna att fördelas helt slumpmässigt över kärnorna, vilket också innebär att kvantinformation kan överföras i flera dimensioner och det med stor säkerhet.

Strålningsdelare inne i fibern

Hittills har det vanligaste sättet att få många dimensioner varit att bygga en hel matris av strålningsdelare, men forskarna har nu tagit fram en integrerad enhet, en flerdimensionell strålningsdelare inuti den flerkärniga fibern. Detta görs genom att värma upp och sträcka fibern med hög precision, vilket får kärnorna att lägga sig så tätt intill varandra att fotoner kan hoppa över från en kärna till en annan - och detta sker helt slumpmässigt.
– Vi vet att en enstaka foton finns inne i fibern, men inte exakt var den är eller ens i vilken av kärnorna, säger Guilherme Xavier.

Fiberoptisk experimentuppställning för överföring av enkla fotoner, liknande den uppställning som användes i artikelns experiment. Information kodad i fotoner skickas in i systemet, fördelar sig slumpvis i strålningsdelaren och kan sedan sättas samman och plockas ut i andra änden utan att det har varit möjligt att läsa av informationen på vägen. Och det med hög hastighet.

Garanterad slumpmässighet

Ett av de stora problemen inom kvantkommunikation är att garantera slumpmässigheten, vilket också manifesterades i det stora Belltestet (se nedan). Forskare från hela världen, inklusive LiU, lät människor i alla olika åldrar stå för slumptalsgenereringen. Detta eftersom det är svårt att bygga bra slumptalsgeneratorer.

– Här har vi fått fram en slumpgenerator som vi är helt säkra på, säger Guilherme Xavier.

En annan applikation är för att ta fram protokoll för kvantkommunikation som lagrar mer information i varje enstaka foton än vad som annars är möjligt.

Resultaten som har stor betydelse för utvecklingen av säker kvantkommunikation i flera dimensioner har publicerats i Optica, utgiven av The Optical Society of America.


Multi-core fiber integrated multi-port beam splitters for quantum information processing, Jaime Cariñe, Gustavo Cañas, Paul Skrzypczyk, Ivan Šupić, Nayda Guerrero, Tania Garcia, Luciano Pereira, Miguel Solís Prosser, Guilherme B Xavier, Aldo Delgado, Stephen Walborn, Daniel Cavalcanti, and Gustavo Lima, Optica 2020. DOI 10.1364/OPTICA.388912

Relaterade nyheter
Visa/dölj innehåll

Forskning
Visa/dölj innehåll

Senaste nytt från LiU
Visa/dölj innehåll