I ricercatori dell'esercito hanno sviluppato un nuovo modo per proteggere e salvaguardare le informazioni quantistiche, spostare le reti quantistiche un passo più vicino alla realtà.

La scienza dell'informazione quantistica è un campo interdisciplinare in rapida crescita che esplora nuovi modi di archiviare, manipolare e comunicare informazioni. I ricercatori vogliono creare potenti capacità computazionali utilizzando un nuovo hardware che opera sui principi della fisica quantistica.

Per l'Esercito, i nuovi paradigmi quantistici potrebbero potenzialmente portare a capacità di trasformazione in tempi rapidi, raccolta efficiente e sicura, scambiare ed elaborare grandi quantità di informazioni sui dinamici campi di battaglia del futuro.

Dott. Dan Jones, Brian Kirby e Michael Brodsky del laboratorio di ricerca dell'esercito del comando di sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti, affiancati da Gabriele Riccardi e dal Professor Cristian Antonelli dell'Università dell'Aquila, studiate le sorgenti di rumore nei canali di comunicazione quantistica.

Il rumore è una piaga comune di qualsiasi comunicazione:chiunque abbia mai usato una radio, un walkie-talkie o un telefono hanno avuto una ricezione rumorosa di tanto in tanto, ha detto Brodskij. Gli ingegneri delle comunicazioni escogitano schemi complessi per rimuovere il rumore e pulire il più possibile il segnale trasmesso.

Secondo Brodsky, le comunicazioni quantistiche non sono diverse nella loro suscettibilità al rumore nei canali di comunicazione. Infatti, ancor più delle normali comunicazioni classiche perché i segnali quantistici sono di bassissima potenza.

"Per progettare una rete quantistica utile, dobbiamo capire fino a che punto, quanto velocemente e con quale affidabilità potremmo inviare informazioni quantistiche, " Brodsky ha detto. "Ciò richiede la comprensione del rumore nei canali di comunicazione".

Come il team ha modellato, emulato, caratterizzato e misurato diversi tipi di rumore nei canali quantistici, i ricercatori si sono resi conto che mentre alcuni tipi di rumore quantistico sono impossibili da filtrare, altri potrebbero essere rimossi abbastanza facilmente.

Sorprendentemente, si scopre che il cattivo rumore potrebbe essere convertito in un buon rumore semplicemente aggiungendo un componente extra economico al canale quantistico. Avere questo controllo extra consente loro di modificare il canale e di regolare le proprietà del rumore che maschera il segnale trasmesso.

L'obiettivo generale del Quantum Networking Group del laboratorio è esplorare sperimentalmente i modi più efficienti e sicuri per creare, archiviare ed elaborare informazioni quantistiche basate sulle tecnologie fotoniche all'avanguardia del giorno. Il principale cavallo di battaglia del gruppo è il banco di prova delle reti quantistiche del laboratorio che hanno costruito presso la sua sede ad Adelphi, Maryland. I ricercatori utilizzano il banco di prova quantistico per testare vari approcci tecnologici fotonici alla consegna rapida e robusta di informazioni quantistiche su grandi distanze.

"Ci avviciniamo alla nostra ricerca in modo del tutto unico indossando cappelli da ingegnere di sistema, " ha detto Jones.

L'ambito di ricerca del gruppo comprende lo sviluppo dell'architettura e dei principi operativi delle reti quantistiche, oltre a comprendere e mappare i limiti tecnologici alla sua attuazione pratica, e, finalmente, inventare metodi e tecniche per aggirare questi limiti. Gli attuali risultati della ricerca appartengono a queste ultime due categorie.

I prossimi progetti in cantiere si concentrano sulla dimostrazione di un modo intrigante di trasmissione di informazioni quantistiche completamente priva di errori. Più avanti sta creando un banco di prova per reti quantistiche multiutente implementato sul campo e dimostrando protocolli di condivisione segreti sicuri tra due campus metropolitani a distanza.

Il campo della scienza dell'informazione quantistica è in piena espansione in tutto il mondo poiché potenzialmente porta a capacità di calcolo insuperabili, comunicazione e networking. Offre nuovi paradigmi nel modo in cui le informazioni vengono gestite, che porterebbe a una condivisione segreta sicura, rilevamento della rete distribuita e processo decisionale efficiente.

"I risultati della nostra ricerca sono un passo verso l'armamento del guerriero del futuro con vantaggi quantistici e un buon esempio di come l'operazionalizzazione della scienza si traduca in un superamento trasformazionale, " disse Brodskij.

Il gruppo ha riassunto i risultati della ricerca in un documento, Esplorare la correlazione classica nel rumore per recuperare le informazioni quantistiche utilizzando il filtraggio locale, accettato dal peer-reviewed Nuovo Giornale di Fisica .