陆军联合研究实验室研究人员利用量子科学变革网络安全

陆军联合研究实验室RDECOM研究实验室的科学家们发现了一种在传输过程中保护量子信息的新方法,为战场上的作战人员提供了更安全可靠的通信。

激光和纳米物理学、量子光学和光子学领域拥有诸多发展成就,其先进技术最新发展为研究人员提供了控制和操纵微型量子系统的必要工具,例如单个原子或光子——最小的光粒子。

这些发展催生了一个新的科学领域——量子信息科学(QIS),它研究量子系统中编码的信息,包括量子计算、量子通信和量子传感以及其他子场。量子信息科学被认为有可能塑造未来信息的处理方式。

利用利用量子比特过滤通信噪声

陆军联合研究实验室投资于量子信息科学研究,以确保在这个快速发展的领域中持续的技术优势,这反过来将带来诸多计算、加密、安全通信和精确测量新技术。但为利用量子信息,科学家需要找出处理和传输量子信息的强大方法。这些方法正是实验室计算和信息科学理事会的Daniel Jones、Brian Kirby和Michael Brodsky正在从事的工作。Brodsky表示,通信工程师一直在研究各种技术来滤除噪声。在传统通信中,过滤技术非常容易实现,因为这在接受信息的区域完成,如电话或互联网路由器中,但在量子科学领域,这变得非常复杂。

该实验室的研究团队一直在研究如何通过光纤电信链路发送的少量量子信息——量子比特或量子比特来过滤噪声。

量子网络测试平台对过滤效果进行试验

陆军联合研究实验室研究团队RDECOM研究实验室在量子网络测试平台上开展了一项实验,作为他们为战场上的作战人员提供更安全可靠通信的工作的一部分。他们发现过滤不一定需要由接收方完成。

Kirby表示,编码信息的量子态的性质使得过滤可以更容易地在网络中的不同位置完成。当然,要修复通过某条路线发送的量子比特,实际上可以将滤波器应用于遍历不同路径的其他量子比特。在过去的一年中,研究人员一直在研究在光纤上传输纠缠光子对的问题。

Jones表示,研究人员开始了解真实电信光纤的物理特性,如固有的残余双折射和偏振相关损耗,或PDL,如何影响量子通信的质量。其利用了一种新颖的数学方法,这导致了PDL对偏振纠缠效应的简单而优雅的几何模型的发展。研究团队所开发的模型预测了传输量子态的质量以及量子信息可以传输的速率。

此外,该实验室的团队发明了一种新技术,有助于减少噪音的有害影响。

未来发展前景

使用最近在实验室建立的量子网络测试平台对开发的模型进行了实验验证,模拟了实际的电信光纤基础设施。Brodsky表示,“我们相信这项研究有可能彻底改变网络安全,并为未来的作战人员提供安全的秘密共享和认证。此外,它将对开发更好的位置导航和定时传感器以及量子计算机产生影响,这些传感器可能会导致合成具有随需应变特性的新型特殊材料。”

据研究人员介绍,为了使量子技术成为现实,必须建立一个大规模的现场部署测试平台,从而指导量子硬件和软件的发展。

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