Дослідники Penn Engineering створили чіп, який перевершує рівень безпеки та надійності що існує апаратного забезпечення квантового зв’язку. Їхня технологія спілкується в «qudits», подвоюючи квантовий інформаційний простір будь-якого попереднього вбудованого лазера.
Лян Фенг, професор кафедри матеріалознавства та інженерії (MSE) та електричних систем та інженерії (ESE), разом із постдокторантом MSE Чжифен Чжаном та доктором наук ESE. Студент Хаоці Чжао представив технологію в недавньому дослідженні, опублікованому в Nature. Група працювала у співпраці з вченими з Політехнічного університету Мілана, Інституту міждисциплінарної фізики та складних систем, Університету Дьюка та Міського університету Нью-Йорка (CUNY).
Біти, кубіти та кудіти
У той час як неквантові чіпи зберігають, передають і обчислюють дані за допомогою бітів, ультрасучасні квантові пристрої використовують кубіти. Біти можуть мати значення 1 або 0, тоді як кубіти — це одиниці цифрової інформації, які можуть мати значення 1 і 0 одночасно. У квантовій механіці цей стан одночасності називається «суперпозицією».
Квантовий біт у стані суперпозиції більш як два рівні називається qudit для сигналізації цих додаткових вимірів.
«У класичних комунікаціях, — каже Фенг, — лазер може випромінювати імпульс, закодований як 1 або 0. Ці імпульси можуть бути легко клоновані перехоплювачем, який хоче вкрасти інформацію, і тому вони не дуже безпечні. У квантових комунікаціях з кубітами, Імпульс може мати будь-який стан суперпозиції від 1 до 0. Суперпозиція робить так, що квантовий імпульс не можна скопіювати. На відміну від алгоритмічного шифрування, яке блокує хакерів за допомогою складної математики, квантова криптографія є фізичною системою, яка зберігає інформацію в безпеці».
Кубіти, однак, не ідеальні. Маючи лише два рівні суперпозиції, кубіти мають обмежений простір для зберігання та низьку толерантність до перешкод.
Чотирирівневі qudits пристрою Feng Lab забезпечують значні досягнення у квантовій криптографії, підвищуючи максимальну швидкість секретного ключа для обміну інформацією з 1 біта на імпульс до 2 бітів на імпульс. Пристрій пропонує чотири рівні суперпозиції та відкриває двері для подальшого збільшення розміру.
«Найбільшою проблемою, — каже Чжан, — була складність і не розширюваність стандартної установки. Ми вже знали, як створити ці чотирирівневі системи, але для цього потрібна була лабораторія та багато різних оптичних інструментів для контролю всіх пов’язаних параметрів. зі збільшенням розміру. Наша мета полягала в тому, щоб досягти цього на одному чіпі. І це саме те, що ми зробили». Джерело