Ang Mga Gawa ng Sinti ng Gawa Pinangunahan ang Princeton Team sa Pagsisimula ng Quantum Encryption

Ang pag-iimbak ng mga kabuuan ng impormasyon, o mga qubit, ay mas mahirap kaysa sa pag-iimbak ng ordinaryong binary digit. Ito ay hindi lamang mga o zeroes, ngunit ang buong hanay ng mga banayad na quantum superpositions sa pagitan nila. Ang mga electron ay madaling mag-slide out sa mga estado kung hindi sila naka-imbak sa mga tamang materyales, kaya ang mga electrical engineer sa Princeton ay nagtatrabaho sa isang tagagawa ng UK upang lumikha ng isang mas mahusay na materyal na imbakan - gawa ng tao diamante - mula sa simula. Inilathala nila ang isang account ng kanilang tagumpay noong Huwebes Agham.

Sa loob ng maraming dekada, ang mga physicist, mga materyales na inhinyero, at iba pa ay nagsisikap na makamit ang pangako na pang-konsepto ng mga komunikasyon ng quantum na naka-encrypt dahil ang data na inilipat sa prosesong iyon ay theoretically immune sa tago surveillance. Anumang pagtatangka na obserbahan ang data sa pagitan ng mga partido - isang la Heisenberg Uncertainty Principle - sa panimula ay babaguhin ang impormasyong iyon, mabilis na nagsisiwalat na ito ay nakompromiso. Ang problema ay nagtatago at nagpapanatili ng mga qubit at pagkatapos ay nagko-convert ito sa fiber-ready na photon, at ang paggamit ng mga diamante ay tila ang ruta patungo sa pagkamit ng pareho. Ngunit hindi lamang gagawin ang anumang brilyante, kaya ang Princeton's team ay naging mahirap sa paggawa ng gawaing gawa ng tao, tulad ng inilalarawan nila sa kanilang papel.

"Ang mga pag-aari na aming tina-target ay kung ano ang may kaugnayan sa mga kabuuan ng network," sabi ng electrical engineer na si Nathalie de Leon Kabaligtaran. Sa Princeton, kung saan ang de Leon ay isang assistant professor, ang pokus ng kanyang pangkat ay mahalagang imbento ng quantum hardware. "Ito ay mga aplikasyon kung saan nais mo ang isang bagay na may mahabang panahon ng imbakan, at pagkatapos ay mayroon ding isang mahusay na interface sa photons upang maaari kang magpadala ng liwanag sa paglipas ng mahabang distansya."

Ang mga pakikipag-ugnayan ng photonic ay mahalaga para sa mataas na bilis ng mga internasyonal na komunikasyon dahil ang lahat ng impormasyon na naglalakbay sa fiber optic cables ay gumagalaw sa pamamagitan ng aming pandaigdigang imprastraktura bilang mga discrete photons - nag-cruising sa 69 porsiyento ng bilis ng liwanag. (Nice.)

"Naglalagay ako ng maraming hadlang sa mga optical na katangian," sabi ni de Leon. "Bilang isang halimbawa, talagang mahalaga na maging matatag ang kulay. Kung ang kulay ng poton ay tumatalon sa paglipas ng panahon, pagkatapos ay talagang masama para sa mga protocol na ito."

Sa ngayon, ang grupo ni de Leon ay nagsisikap na gumawa ng isang bersyon ng mga sintetikong diamante na maaaring i-convert sa standard 1,550-nanometer wavelength kung saan ang mga photon ay tumatawid na ngayon ng fiber optic cable. Sa kasalukuyan, ang mga sintetikong diamante ng koponan ay sumusuporta sa mga haba ng daluyong ng 946-nanometer. (Photon "kulay" ay isang bit ng isang euphemism dito dahil pareho ng mga wavelengths ay shades ng infrared sa labas ng nakikita spectrum.)

Ang balakid na nagtagumpay sa pagtawid ng kanyang koponan ay nagtatago ng mga qubit na ito sa mga crystalline quantum repeaters, katulad ng mga repeaters na kasalukuyang ginagamit upang maiwasan ang pagkawala ng signal at pagkasira sa fiber-optic na komunikasyon ngayon. Ang kritikal na hakbang sa prosesong ito ay gumagawa ng mga sintetikong diamante na kasing dami ng hindi kanais-nais na impurities hangga't maaari (nitroheno, higit sa lahat) at higit pa sa mga impurities na talagang gusto nila (silikon at boron).

"Nitrogen ay lumalabas na ang nangingibabaw na depekto na nakukuha mo sa mga diamante," sabi ni de Leon. Ang mga kasosyo ng kanyang grupo sa British brilyante na gumagawa ng Element Six ay dapat gumawa ng mga kondisyon ng vacuum sa itaas-karaniwan dahil kahit na ang mga ordinaryong vacuum ay maaaring mag-iwan ng sapat na nitrogen sa silid upang mahawahan ang artipisyal na gawa sa mga kristal. Dahil ang nitrogen ay may isa pang libreng elektron kaysa sa carbon, ang nitrogen impurities ay nakakagambala sa mga natatanging de-kuryenteng pampaganda na umaasa sa mga mananaliksik.

Ang iba pang maliliit na depekto ay maaaring makahahadlangan ng potensiyal na nagtatago ng qubit ng mga diamante na ito.Ang layunin ay ang magkaroon ng mga pares ng mga bakanteng sangkap sa atom sa balangkas ng kristal sa tabi ng isang substituted atomic silikon kung saan ang isang solong carbon ay ginamit, ngunit kung minsan ang mga pares ay maaaring magtipon up magkasama sa "mga bakanteng kumpol" na nagsisimula sa muling ipamahagi ang kanilang mga electron sa nakakainis, kontra-produktibong mga paraan. Kung minsan ang pag-polish at pag-ukit ng pinsala sa ibabaw ng diyamante ay maaari ring maging sanhi ng isang epekto ng domino, na nagugulo sa ganitong paraan ng mga elektron. Ito ay kung saan ang pagdaragdag ng boron - na may isang mas kaunting libreng elektron kaysa sa carbon - ay maaaring makatulong.

"Kung ano ang kailangan nating gawin," sabi ni de Leon, "ay nagsisimula pa lamang sa sobrang mataas na dalisay na dalisay na diamond at pagkatapos ay lumalaki sa ilang boron upang mabasa ang anumang extra electron na hindi namin makontrol. Pagkatapos ay nagkaroon ng maraming pagpoproseso ng mga materyales - mga bagay na nakapagpapagod na tulad ng thermal annealing at pag-aayos ng ibabaw sa dulo upang tiyakin na napapawi pa namin ang maraming iba pang mga uri ng mga depekto na nagbibigay sa iyo ng dagdag na singil."

Pag-master ng parehong mga hamon na ito, marami sa mga pinaghihinalaan sa larangan, ang mga susi upang ganap na magamit at halos imposible upang i-crack ang kabuuan ng pag-encrypt.

Bago ang bukang-liwayway ng mga artipisyal na diamante ilang taon na ang nakalilipas, ang mga mananaliksik sa larangan ng optikong kabuuan ay kailangang umasa sa mga likas na diamante upang gawin ang kanilang gawain - isang partikular na brilyante, sa partikular.

Ayon sa de Leon, ang lahat sa larangan ng quantum optics ay dapat umasa sa isang solong, likas na ginawa ng brilyante mula sa Russia na nangyari lamang na may tamang porsiyento ng boron, nitrogen, at iba pang mga impurities upang maisagawa ang kanilang pananaliksik. Ang mga fragment ng brilyante ay naalis at ipinamamahagi sa mga grupo ng pananaliksik sa buong mundo.

"Marami sa mga grupo ang may sariling maliit na piraso ng 'magic' na dyamante sa Russia," ayon sa sinabi ni de Leon sa in-house na serbisyo ng balita sa Princeton noong 2016. "Sa Harvard, tinawag namin ang 'Magic Alice' at 'Magic Bob.'"

Kaya, ang TL, DR, ang mga siyentipiko ng Western ay nakakakuha ng mas mahusay na sa pagmamanupaktura ng kanilang sariling mga mahiwagang quantum computing oros sa halip na depende sa slivers ng magical kuwantum quantum computing ng Russia. Ito ay isang makatotohanang pangungusap na nakakatawa. Classic 2018.