Forradalom a kvantumfotonikában: Az új szűrő megvédi az összegabalyodást!

Forradalom a kvantumfotonikában: Az új szűrő megvédi az összegabalyodást!

A Rostocki, Dél-Kaliforniai, Közép-Floridai, Pennsylvania Állami és Saint Louis-i egyetemek tudósaiból álló nemzetközi kutatócsoport úttörő előrelépést tett a kvantumfotonika területén. A felfedezést 2025. március 28-án tették közzé a Science folyóiratban, és új megközelítést kínál az optikai összefonódások védelmére. Ez a munka jelentős előrelépést jelent a fejlett kvantumtechnológiák fejlesztésében, ami nagy jelentőséggel bír, tekintettel az Egyesült Nemzetek Szervezete által meghirdetett kvantumtudomány és technológia nemzetközi évére [uni-rostock.de] arról számol be, hogy...

A kvantummechanika a legkisebb léptékben is forradalmasítja a természet megértését, és ez az alapja a modern technológiáknak, beleértve a kvantumszámítógépeket is, amelyek gyorsabban tudnak számolni, mint a klasszikus számítógépek. Az összefonódás központi jelentőségű, mert nem csak a számításokhoz elengedhetetlen, hanem lehetővé teszi a kriptográfiai kulcsok biztonságos továbbítását és növeli az érzékelők érzékenységét. Ez az összegabalyodás azonban múlékony, és könnyen elveszhet a dekoherencia, például a termikus zaj miatt.

Új összefonódás szűrő

A Prof. Alexander Szameit által vezetett kutatócsoport leküzdötte a fotonikus áramkörök összefonódásának megőrzésével kapcsolatos kihívásokat. Módszerük úgynevezett „fényhuzalokat” használ, amelyek lehetővé teszik a fotonok „ugrását” a szomszédos csatornák között. Ez a technika a csatolás célzott hangolását használja az anti-paritási idő szimmetria szerint, hogy eltávolítsa a rendszerből a ki nem gabalyodott alkatrészeket. Az újonnan kifejlesztett összefonódási szűrő közel ideális pontosságot ér el mind az egy-, mind a kétfotonos gerjesztéseknél, és robusztus a dekoherenciához.

Emellett hangsúlyozták, hogy ezek az eredmények nemcsak az akadémiai kutatások, hanem a kvantumkommunikáció gyakorlati alkalmazásai szempontjából is nagy jelentőséggel bírnak. A kvantumkommunikáció lehetővé teszi a kulcsok érintésmentes cseréjét a biztonság szempontjából releváns információk kódolásához, olyan fizikai elvek alapján, mint a kvantum-összefonódás és a szuperpozíció elve. Az algoritmikus kriptográfiai módszerekkel ellentétben ez a rendszer nagy biztonságú hálózatokban is használható [fraunhofer.de] arról számol be, hogy...

Technológiai fejlődés a kvantumkommunikációban

A Fraunhofer Institutes a QuNET kezdeményezés keretében kvantumkommunikációs rendszerek és optikai kapcsolati technológiák fejlesztésén dolgozik. A cél megteremteni a biztonságos kapcsolatok alapját a különböző hullámhosszú sávok és az átviteli közegek között. E rendszerek elemi építőkövei közé tartoznak a precíziós optikai visszaverő teleszkópok, a polarizációval összekuszált fotonpár-források és a nagy felbontású érzékelőrendszerek. Ezek a komponensek nemcsak a polarizáció kódolt kvantumállapotok átvitelét teszik lehetővé, hanem magas kulcsárfolyamokat is garantálnak.

A biztonság a bevált BBM92 protokollon alapul a polarizációval összefonódott fotonok számára, amely abszolút biztonságot ígér a kommunikációban. A BB84 protokollban rögzített kvantumkriptográfia lehetővé teszi az információk magas szintű biztonsággal történő továbbítását, amely ellenáll a jövőbeni kvantumszámítógépeknek [das-wissen.de] arról számol be, hogy...

Ezen túlmenően a kvantumismétlőkre van szükség az átviteli távolságok meghosszabbítására, mivel a kvantuminformáció nagy távolságokon lebomlik. Ezek a technikai kihívások és korlátok rávilágítanak a kutatási terület dinamikus természetére, valamint az alapkutatásba és a szabványosított kvantumtitkosítási protokollok fejlesztésébe való további befektetések szükségességére.

Összességében a legújabb kutatások nagy lehetőségeket mutatnak a kvantumkommunikációban, nemcsak a feltörhetetlen biztonság és a globális lefedettség, hanem a digitális korban a gyorsabb információátvitel tekintetében is.