A távoli érzékelési technológiák – az orvosi monitoroktól kezdve az űridőjárás-előrejelzésig – kvantum-forradalom előtt állnak. Az új típusú kvantumszenzorok nagyobb érzékenységet és fokozott adatbiztonságot ígérnek. A kérdés az, hogy milyen mértékben terjedhetnek el ezek a fejlesztések, és milyen hatással lehetnek az orvosi diagnosztikára vagy az űrkutatásra.
Jacob Dunningham, a Sussexi Egyetem fizikaprofesszora szerint az új technológia két különböző kvantumterületet ötvöz: a kvantumkommunikációt és a kvantumszenzorokat. „Ez egy olyan módszer, amely lehetővé teszi a mérések elvégzését és az adatok biztonságos visszajuttatását, miközben azokat senki sem tudja lehallgatni vagy manipulálni”, mondja Dunningham.
Az SQRS rendszer és működése
Dunningham és tanítványa, Sean Moore – aki jelenleg a párizsi LIP6 számítástechnikai laboratórium posztdoktori kutatója – egy új biztonságos kvantum távérzékelési (SQRS) rendszert javasolt, amelyet január 14-én publikáltak a „Physical Review A” folyóiratban.
Az SQRS alapja az egyedi fotonok használata kvantumbitként, anélkül hogy azok egymással összefonódnának, ami jellemző a kvantumszámítógépek működésére. A rendszer klasszikus kommunikációs csatornát is igényel, amelyen keresztül a mérési eredményeket továbbítják. Az eljárás lényege, hogy a mérési eredményeket csak a küldő fél (hívjuk Aliznak) értheti meg, míg a mérési helyszínen lévő fogadó fél (Béla) és esetleges lehallgatók (Éva) nem férhetnek hozzá az adatokhoz.
A módszer a következőképpen működik:
- Aliz egyedi fotonokat küld Bélának, aki a mérési helyszínen tartózkodik.
- Béla a kapott fotonok segítségével elvégzi a méréseket, majd a kapott eredményeket a fotonok fázisában kódolja.
- Béla ezt követően klasszikus kommunikációs csatornán továbbítja az eredményeket Aliznak.
- Mivel Béla nem ismeri az Aliz által küldött fotonok kezdeti állapotát, nem tudja visszafejteni a kapott adatokat. Ezzel biztosítható, hogy az információt csak Aliz tudja kiolvasni.
- Egy esetleges lehallgató, Éva, sem tudja megfejteni az üzenetet, mert Béla mérése kvantumos véletlenszerűséget vezet be a folyamatba, amelyet lehetetlen visszafejteni.
A Guangxi Egyetem kutatói a közelmúltban kísérletileg igazolták az SQRS protokoll működését, bár eredményeiket még nem szakértői bírálat előtt tették közzé. Wei Kejin, a Guangxi Egyetem munkatársa szerint a rendszer egy gyenge fényforrást alkalmaz, amely statisztikai alapon bocsát ki egyedi fotonokat. Az egyszerűsített fényforrások alkalmazása megkönnyítheti a technológia való életbeli bevezetését.
A jövő alkalmazásai
Az SQRS egyik legígéretesebb felhasználási területe a kvantumradarok fejlesztése lehet, amelyek precízebb méréseket tesznek lehetővé, miközben az adatok biztonságosan védettek maradnak a külső támadások ellen. Egy másik lehetőség az orvosi távmonitorozás, ahol a betegek otthonában vagy távoli klinikákon végzett mérések eredményeit a kórházak biztonságosan fogadhatnák.
A technológia kiterjesztése egy összetettebb hálózati rendszer felé lehetővé tenné, hogy egyetlen Aliz több mérési pontot (Bélákat) kezeljen, amelyek kvantum-összefonódást is alkalmaznának. Ez tovább növelhetné a rendszer pontosságát és biztonságát. Dunningham szerint a több szenzort alkalmazó rendszer pontossága a négyzetgyök-szabálynak megfelelően nő: például 100 szenzor esetén tízszeres javulás érhető el, ami a meteorológiai mérések területén óriási előnyt jelenthet.
A jövőben az SQRS hozzájárulhat például az űrben működő atomi órák fejlesztéséhez, amelyek rendkívüli precizitással és kvantumos biztonsági védelemmel láthatnák el az időmérési rendszereket. Az ilyen fejlesztések nemcsak a műholdas navigáció és az időszinkronizáció területén hozhatnak áttörést, hanem a kvantuminformatika egyéb alkalmazási területein is kulcsfontosságúvá válhatnak.
A kvantumérzékelők tehát nemcsak nagyobb precizitást kínálnak, hanem olyan adatvédelmi szintet is biztosíthatnak, amely eddig elképzelhetetlen volt. Ahogy az MI és a kvantumtechnológia fejlődik, ezek az újítások egyre inkább beépülhetnek a mindennapi életünkbe.
