美国陆军科学家通过量子研究革新网络安全

美国陆军研究实验室

博士 布赖恩·柯比（Brian Kirby）（左），丹尼尔·琼斯（Daniel Jones）（中）和迈克尔·布罗德斯基（Michael Brodsky）（右）在马里兰州阿德菲（Adelphi）RDECOM研究实验室的量子网络测试台附近摆姿势，他们正在努力为战场上的战士提供更安全可靠的通信。（美国陆军摄影：Jhi Scott）

美国陆军研究实验室（ARL）的RDECOM研究实验室的科学家发现了一种在传输过程中保护量子信息的新颖方法，为战场上的战士提供了更安全可靠的通信之门。

激光和纳米物理学，量子光学和光子学等前沿技术的最新进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。

这些发展带来了一个新的科学领域-量子信息科学，即QIS，该领域研究量子系统中编码的信息，并且包括量子计算，量子通信和量子感测以及其他子领域。

人们相信，量子信息科学有潜力改变未来信息的处理方式。

陆军的公司研究实验室在QIS研究上进行投资，以确保在这个快速发展的领域中持续的技术优势，这反过来将带来计算，加密，安全通信和精确测量方面的多种新技术。

然而，要利用量子信息，科学家需要找出处理和传输量子信息的可靠方法，这是Drs解决的任务。实验室计算和信息科学部的Daniel Jones，Brian Kirby和Michael Brodsky。

布罗德斯基说：“在我们的古典世界中，信息经常在操纵和传输过程中被破坏-每个人都熟悉在贫困地区的嘈杂的手机连接。” “因此，通信工程师一直在研究各种技术来滤除噪声。”

在经典通信中，过滤非常简单，因为它是在本地完成的，即在接收信息的地方，例如直接在您的电话或Internet路由器中。

在量子世界中，事情变得更加复杂。

实验室的研究团队一直在研究从少量量子信息中滤除噪声的方法，这些量子信息是通过光纤电信链路发送的量子位或量子位。

他们发现接收方不一定必须进行过滤。

柯比说：“信息被编码的量子态的性质使得可以在网络的不同位置更容易地进行滤波。”

没错，要修复通过某条路由发送的量子比特，实际上可以将过滤器应用于遍历另一条路由的其他量子比特。

去年，研究人员一直在研究纠缠的光子对在光纤上的传输问题。

琼斯说：“我们首先要了解真正的电信光纤的物理特性，例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。” 柯比补充说：“我们开发了一种新颖的数学方法，从而开发了一种简单而优雅的PDL对偏振纠缠效应的几何模型。”

所开发的模型既可以预测传输的量子态的质量，也可以预测传输量子信息的速率。

此外，实验室团队还发明了一种新技术，可帮助减少噪音的有害影响。

所开发的模型在实验室使用最新建立的Quantum Networking Testbed进行了实验验证，该仿真床模拟了实际的电信光纤基础设施。

布罗德斯基说：“我们相信这项研究有可能彻底改变网络安全，并为未来的战斗人员提供安全的秘密共享和认证。” “此外，这将对开发用于位置导航和定时的更好的传感器以及量子计算机产生影响，量子计算机可能导致具有按需特性的新型特殊材料的合成。”

研究人员认为，为了使量子技术成为现实，必须建立大规模的现场部署测试平台，从而指导量子硬件和软件的开发。

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