Dunia selangkah lebih dekat untuk mengamankan komunikasi kuantum dalam skala global

Para peneliti di Institute for Quantum Computing (IQC) di Universitas Waterloo telah menggabungkan dua konsep penelitian pemenang Hadiah Nobel untuk memajukan bidang komunikasi kuantum.

Para ilmuwan sekarang dapat secara efisien menghasilkan pasangan foton terjerat yang hampir sempurna dari sumber titik kuantum. Makalah, “Keadaan bel optik berosilasi dari titik kuantum semikonduktor untuk distribusi kunci kuantum,” Itu telah diterbitkan di dalam Fisika komunikasi

Foton yang terjerat adalah partikel cahaya yang tetap terhubung, bahkan dalam jarak yang jauh, dan Hadiah Nobel Fisika tahun 2022 mengakui eksperimen mengenai topik ini. Dengan menggabungkan keterjeratan dengan titik-titik kuantum, sebuah teknologi yang diakui oleh Hadiah Nobel Kimia tahun 2023, tim peneliti IQC bertujuan untuk meningkatkan proses pembuatan foton yang terjerat, yang memiliki beragam aplikasi, termasuk komunikasi yang aman.

“Kombinasi tingkat keterikatan yang tinggi dan efisiensi yang tinggi sangat penting untuk aplikasi menarik seperti mendistribusikan kunci kuantum atau repeater kuantum, yang diharapkan dapat memperluas jarak komunikasi kuantum yang aman ke skala global atau menghubungkan komputer kuantum dari jarak jauh,” kata Dr. . Michael Reimer adalah profesor di IQC dan Departemen Teknik Elektro dan Komputer di Universitas Waterloo.

“Eksperimen sebelumnya hanya mengukur keterjeratan yang mendekati sempurna atau efisiensi tinggi, namun kami adalah yang pertama mencapai kedua kondisi tersebut menggunakan titik kuantum.”

Dengan memasukkan titik-titik kuantum semikonduktor ke dalam kawat nano, para peneliti menciptakan sumber yang menghasilkan foton terjerat yang hampir sempurna 65 kali lebih efisien daripada penelitian sebelumnya.

Sumber baru ini, yang dikembangkan bekerja sama dengan Dewan Riset Nasional Kanada di Ottawa, dapat distimulasi dengan laser untuk menghasilkan pasangan terjerat sesuai permintaan. Para peneliti kemudian menggunakan detektor foton tunggal resolusi tinggi yang disediakan oleh Single Quantum di Belanda untuk meningkatkan tingkat keterjeratan.

“Secara historis, sistem titik kuantum memiliki masalah yang disebut partisi struktur halus, yang menyebabkan keadaan terjerat berosilasi seiring waktu. Artinya, pengukuran yang dilakukan menggunakan sistem deteksi lambat akan mencegah pengukuran keterjeratan,” kata Matteo Benacchetti, salah satu dari para peneliti titik kuantum. Ph.D. Mahasiswa di IQC dan Departemen Teknik Elektro dan Komputer di Waterloo.

“Kami telah mengatasi hal ini dengan menggabungkan titik-titik kuantum kami dengan sistem deteksi yang sangat cepat dan akurat. Pada dasarnya kami dapat mengetahui keadaan terjerat di setiap titik selama osilasi, dan di situlah kami mendapatkan keterjeratan yang sempurna.”

Untuk menampilkan aplikasi komunikasi masa depan, Reimer dan Benacchetti bekerja dengan Dr. Norbert Lutkenhaus dan Dr. Thomas Jennewein, keduanya anggota fakultas IQC dan profesor di Departemen Fisika dan Astronomi Waterloo, serta tim mereka.

Dengan menggunakan sumber keterjeratan titik kuantum yang baru, para peneliti menyimulasikan metode komunikasi aman yang dikenal sebagai distribusi kunci kuantum, membuktikan bahwa sumber titik kuantum memberikan harapan besar di masa depan komunikasi kuantum yang aman.