(MirageC/Moment/Getty Images) Es gibt Bemühungen, ein superschnelles, supersicheres Quanteninternet aufzubauen stetig voran , und Wissenschaftler haben nun herausgefunden, wie ein wichtiger Teil dieses Netzwerks funktionieren könnte: ein integraler Schalter, der verwaltet, wie Daten zwischen Benutzern übertragen werden.
Der neu konstruierte Schalter beseitigt eines der Haupthindernisse beim Aufbau eines Quanteninternets: die Art und Weise, wie Informationen auf ihrem Weg verzerrt werden und verloren gehen. Diese Informationen werden als Photonen übertragen, die durch Glasfasernetze schießen, aber manchmal gehen sie unterwegs „verloren“.
Indem der programmierbare Schalter über ein System, das die Wellenlängen des Lichts, das verschiedene Datenkanäle überträgt, auswählt und umleitet, anpasst, wie viele Daten an jeden Benutzer gehen, kann er mit einer zunehmenden Anzahl von Benutzern umgehen, ohne zusätzlichen Photonenverlust zu verursachen.
(Navin Lingaraju/Purdue University)
Über: Ein programmierbarer Schalter könnte dazu beitragen, die Anzahl der Benutzer in einem Quantennetzwerk zu erhöhen, ohne den Photonenverlust zu erhöhen.
„Wir zeigen eine Möglichkeit, Wellenlängen-Routing mit nur einem Gerät – einem wellenlängenselektiven Schalter – durchzuführen, um im Prinzip ein Netzwerk von 12 bis 20 Benutzern aufzubauen, vielleicht sogar mehr.“ sagt Ingenieur Andrew Weiner von der Purdue University, Indiana.
„Frühere Ansätze erforderten den physischen Austausch Dutzender fester optischer Filter, die auf einzelne Wellenlängen abgestimmt waren, wodurch die Möglichkeit, Verbindungen zwischen Benutzern anzupassen, praktisch nicht realisierbar war und ein Photonenverlust wahrscheinlicher wurde.“
Durch den Switch entfällt die Notwendigkeit, diese Filter jedes Mal hinzuzufügen, wenn sich jemand Neues beim Quantennetzwerk anmelden möchte, da der Switch die Datenleitung übernimmt – wodurch die Betriebs- und Wartungskosten gesenkt und die Effizienz verbessert werden.
Noch besser ist, dass der Switch die Bandbreite an die besonderen Bedürfnisse eines Benutzers anpassen kann – und so das Quantenäquivalent von jemandem, der 4K-Videos streamt, und einem anderen, der nur seine E-Mails checkt, abdeckt.
Wenn wir in Zukunft Quantennetzwerke aufbauen und skalieren wollen, müssen wir herausfinden, wie wir sie verteilen Verstrickung , dem Kernkonzept der Quantenphysik – Teilchen, die über eine Distanz untrennbar miteinander verbunden sind.
„Wenn man über ein Quanteninternet spricht, geht es um die Idee der Generierung.“ Verstrickung aus der Ferne zwischen zwei verschiedenen Stationen, z. B. zwischen Quantencomputer ,' sagt der Ingenieursstudent Navin Lingaraju , ebenfalls von der Purdue University.
„Unsere Methode verändert die Geschwindigkeit, mit der verschränkte Photonen zwischen verschiedenen Benutzern geteilt werden.“ „Diese verschränkten Photonen könnten als Ressource genutzt werden, um Quantencomputer oder Quantensensoren an den beiden verschiedenen Stationen zu verschränken.“
Es bleibt noch viel zu tun, um diesen Schalter für ein tatsächliches Quantennetzwerk vorzubereiten – die Forscher dahinter untersuchen bereits Möglichkeiten, ihn für mehr Benutzer gleichzeitig zum Laufen zu bringen – aber wie viele Weiterentwicklungen Wie wir in letzter Zeit gesehen haben, bringen uns Studien wie diese dem Endziel der Quantenkommunikation immer näher.
Das liegt an der fragilen Natur der Quanteninformation jedes Quantennetzwerk muss fein abgestimmt und ausbalanciert werden, und die neue Forschung könnte am Ende einen wichtigen Beitrag zur Erreichung dieses Ziels leisten.
Eine der Techniken der Forscher – Dichtes Wellenlängenmultiplexing oder DWDM – wird bereits in der Kommunikationsbranche eingesetzt, um die Bandbreite von Glasfasernetzen zu erhöhen.
Man geht davon aus, dass je mehr Technologien ein Quanteninternet aus unseren bestehenden Netzwerken übernehmen kann, desto einfacher wird es später implementiert werden.
„Zum ersten Mal versuchen wir, uns in gewisser Weise von diesen klassischen Kommunikationskonzepten inspirieren zu lassen und vergleichbare Geräte zu verwenden, um die potenziellen Vorteile aufzuzeigen, die sie für Quantennetzwerke haben.“ sagt Weiner .
Die Forschung wurde veröffentlicht in Optik .