Nincs több titoktartó központ: új kvantumrelé születik
A Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem kutatócsoportja most egy olyan új kvantumátviteli köztes állomást – vagyis kvantumrelét – fejlesztett ki, amely képes biztonságos adatcserére még 300 kilométer távolságban lévő eszközök között is. Az új megközelítés lényege, hogy kvantumpont-alapú egyfoton-forrást alkalmaznak, amely lényegesen jobban skálázható, mint a korábbi megoldások, ahol gyakran bonyolult és drága kvantummemóriákat használtak.
Nem hagyható figyelmen kívül, hogy az eddig próbált kvantumrelékhez ma még nem léteznek kellően kiforrott memóriák, ezért a csapat inkább egyetlen, nagy tisztaságú foton kibocsátására képes forrás alkalmazását választotta, amelynek előnye, hogy egyszerűbb és megbízhatóbb, mint bármely eddigi rendszer.
Öt csomópont, nulla bizalom
Az új rendszer egy öt csomópontból álló hálózatot jelent. A két végponton (Alice és Bob) történik a kvantuminformáció kódolása koherens fényimpulzusokba. Középen található az egyfoton-forrás, amely egyszerre két irányba küldi a fotonokat, valamint két mérési csomópont, ahol ezek a fotonok találkoznak Alice és Bob fényimpulzusaival. Ami igazán innovatív: a köztes csomópontokban nincs szükség bizalomra vagy biztonsági védelemre – a kommunikáció akkor is biztonságos marad.
Ez a moduláris felépítés lehetővé teszi a további bővítést: új csomópontok hozzáadásával a hálózat szinte végtelenségig növelhető mind hosszban, mind kapacitásban. Ettől függetlenül kiemelendő, hogy az egyfoton-forrás minősége alapvető a sikeres adatátvitelhez – a kutatók a gyakorlatban is 85% fölötti interferencialáthatóságot értek el, ami stabil működést biztosít.
Mi van a motorháztető alatt?
A rendszer lelke egy kvantumpont-egyfoton-forrás, amely 304,52 MHz-es frekvencián működik, közel tökéletesen megkülönböztethetetlen fotonokat kibocsátva. A végpontokon (Alice és Bob) az információt koherens impulzusokba kódolják, a mérési csomópontokon pedig egyszerű egyfoton-detektorok rögzítik az interferencia eredményét. Ez a felállás kiemelkedő jelszint-zaj arányt biztosít, hiszen a fotonoknak már nem kell hatalmas, egyszerre áthidalhatatlan távolságokat megtenniük, így az információ nem torzul.
Egyszerűen fogalmazva: a kutatóknak most először sikerült demonstrálniuk, hogy ilyen magas minőségű interferencia segítségével megbízhatóan továbbítható a kvantuminformáció közbülső, nem biztonságos reléken keresztül.
A skálázhatóság ára: könnyű bevezetni, olcsó fenntartani
Az új modell egyik legnagyobb előnye, hogy nincsenek kötelezően biztonságos köztes állomások: a kvantummechanika törvényei garantálják az adatok védelmét. Ez drasztikusan csökkenti a költségeket és leegyszerűsíti a hálózat építését. Ráadásul a rendszer 300 kilométeres optikai szálon keresztül képes biztonságos kulcscserére, és kompatibilis a jelenlegi telekommunikációs infrastruktúrával is – nem kell mindent a nulláról újraépíteni.
A kutatócsoport már azon dolgozik, hogy a távolságot legalább 1000 kilométerre növelje, és ehhez egyre jobb interferencialáthatóságot és még kevesebb hibát céloznak meg. Céljuk a hálózatok bővítése, komplex topológiák – például többszörösen összekapcsolt csillaghálózatok – kialakítása, illetve fejlettebb szinkronizálási és stabilizációs módszerek kidolgozása, hogy a minőség még nagyobb távokon is garantált legyen.
Mi jön ezután?
Összességében elmondható, hogy ezzel az új, kvantumpont-egyfoton-forráson alapuló architektúrával sikerült egy lépéssel közelebb kerülni a valódi kvantuminternethez. A modell nemcsak laboratóriumi körülmények között, hanem akár a jelenlegi optikai hálózatokon is működhet, és jelentősen megnöveli a távolságot, amelyet biztonságosan áthidalhatunk. Az MI-vel támogatott, többcsomópontos kvantumhálózatok kora tehát már nem csupán álom – hamarosan a hétköznapjaink részévé válhat.
