Scienziati del Laboratorio di Ricerca RDECOM, il laboratorio di ricerca aziendale (ARL) dell'esercito ha trovato un nuovo modo per salvaguardare le informazioni quantistiche durante la trasmissione, aprendo la porta a comunicazioni più sicure e affidabili per i combattenti sul campo di battaglia.

I recenti progressi delle tecnologie all'avanguardia nei laser e nella nanofisica, l'ottica quantistica e la fotonica hanno fornito ai ricercatori gli strumenti necessari per controllare e manipolare sistemi quantistici in miniatura, come singoli atomi o fotoni, le più piccole particelle di luce.

Questi sviluppi hanno dato origine a una nuova area della scienza:la scienza dell'informazione quantistica, o QIS, che studia le informazioni codificate nei sistemi quantistici e comprende l'informatica quantistica, comunicazione quantistica e rilevamento quantistico tra gli altri sottocampi.

Si ritiene che la scienza dell'informazione quantistica abbia il potenziale per modellare il modo in cui le informazioni verranno elaborate in futuro.

Il laboratorio di ricerca aziendale dell'Esercito investe nella ricerca QIS per garantire la continua superiorità tecnologica in questo campo in rapido sviluppo, che a sua volta porterà a molteplici nuove tecnologie nel calcolo, crittografia, comunicazione sicura e misurazioni precise.

Però, utilizzare le informazioni quantistiche, gli scienziati devono trovare modi robusti per elaborarlo e trasmetterlo, un compito che viene affrontato dai Drs. Daniele Jones, Brian Kirby, e Michael Brodsky della direzione delle scienze computazionali e dell'informazione del laboratorio.

"Nel nostro mondo classico, le informazioni vengono spesso danneggiate durante la manipolazione e la trasmissione:tutti hanno familiarità con le connessioni dei telefoni cellulari rumorose in aree con scarsa ricezione, " disse Brodsky. "Così, gli ingegneri delle comunicazioni hanno lavorato su una varietà di tecniche per filtrare il rumore".

Nelle comunicazioni classiche, il filtraggio è piuttosto semplice in quanto viene eseguito localmente, cioè nel luogo stesso in cui si ricevono le informazioni, ad esempio direttamente nel telefono o nel router Internet.

Nel mondo quantistico, le cose si fanno molto più intricate.

Il team di ricerca del laboratorio ha studiato i modi per filtrare il rumore da piccoli bit di informazioni quantistiche, bit quantici o qubit inviati attraverso collegamenti di telecomunicazione in fibra ottica.

Hanno scoperto che il filtraggio non deve necessariamente essere eseguito dalla parte ricevente.

"La natura degli stati quantistici in cui l'informazione è codificata è tale che il filtraggio potrebbe essere fatto più facilmente in una posizione diversa della rete, " disse Kirby.

Giusto, per riparare un qubit inviato su un determinato percorso, si potrebbe effettivamente applicare un filtro ad altri qubit che attraversano un percorso diverso.

Nel corso dell'ultimo anno, i ricercatori hanno studiato il problema della trasmissione di coppie di fotoni entangled su fibre ottiche.

"Abbiamo iniziato con lo sviluppo di una comprensione di come le proprietà fisiche delle reali fibre di telecomunicazione, come la birifrangenza residua intrinseca e la perdita dipendente dalla polarizzazione, o Pdl, influenzare la qualità delle comunicazioni quantistiche, " ha detto Jones. "Abbiamo sfruttato un nuovo approccio matematico, che ha portato allo sviluppo di un modello geometrico semplice ed elegante degli effetti PDL sull'entanglement di polarizzazione, " ha aggiunto Kirby.

Il modello sviluppato prevede sia la qualità degli stati quantistici trasmessi sia la velocità con cui le informazioni quantistiche potrebbero essere trasmesse.

Per di più, il team del laboratorio ha inventato una nuova tecnica che aiuta a ridurre gli effetti deleteri del rumore.

I modelli sviluppati sono stati validati sperimentalmente utilizzando il Quantum Networking Testbed recentemente costruito in laboratorio, che simula la pratica infrastruttura in fibra di telecomunicazioni.

"Riteniamo che questa ricerca abbia il potenziale per rivoluzionare la sicurezza informatica e consentire la condivisione e l'autenticazione sicure di segreti per il combattente del futuro, " Brodsky ha detto. "Inoltre, avrà un impatto sullo sviluppo di sensori migliori per la navigazione di posizione e la tempistica, nonché computer quantistici che potrebbero portare alla sintesi di nuovi materiali speciali con proprietà on demand".

Secondo i ricercatori, per rendere la tecnologia quantistica una realtà, deve essere costruito un banco di prova su larga scala distribuito sul campo, guidando così lo sviluppo di hardware e software quantistici.

Un articolo di giornale che documenta la ricerca intitolata "Tuning quantum channel to maximum polarizzation entanglement for telecom photon pairs" è presente nel prestigioso Informazioni quantistiche su Nature Partner Journal .