Η τεχνολογία οπτικών ινών είναι το ιερό δισκοπότηρο των τηλεπικοινωνιών μεγάλης ταχύτητας και μεγάλων αποστάσεων. Ωστόσο, με τη συνεχιζόμενη εκθετική αύξηση της κίνησης στο Διαδίκτυο, οι ερευνητές προειδοποιούν για μείωση της χωρητικότητας.
Στο AVS Quantum Science, από την AIP Publishing, ερευνητές από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας και το Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ δείχνουν πώς οι κβαντικοί ενισχυμένοι δέκτες θα μπορούσαν να διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στην αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης.
Οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια μέθοδο για την ενίσχυση των δεκτών που βασίζονται σε κβαντικές ιδιότητες φυσικής για να αυξήσουν δραματικά την απόδοση του δικτύου, μειώνοντας σημαντικά το ποσοστό σφάλματος bit (EBR) και την κατανάλωση ενέργειας.
Η τεχνολογία οπτικών ινών βασίζεται σε δέκτες για την ανίχνευση οπτικών σημάτων και τη μετατροπή τους σε ηλεκτρικά σήματα. Η συμβατική διαδικασία ανίχνευσης, σε μεγάλο βαθμό ως αποτέλεσμα τυχαίων διακυμάνσεων του φωτός, παράγει «θόρυβο πυροβολισμού», που μειώνει την ικανότητα ανίχνευσης και αυξάνει το EBR.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα, τα σήματα πρέπει να ενισχύονται συνεχώς καθώς το παλμικό φως καθίσταται ασθενέστερο κατά μήκος του οπτικού καλωδίου, αλλά υπάρχει ένα όριο στη διατήρηση επαρκούς ενίσχυσης όταν τα σήματα γίνονται μόλις αντιληπτά.
Οι κβαντικοί ενισχυτές που επεξεργάζονται έως και δύο bit κλασικής πληροφορίας και μπορούν να ξεπεράσουν τον θόρυβο λήψης έχουν αποδειχθεί ότι βελτιώνουν την ακρίβεια ανίχνευσης σε εργαστηριακά περιβάλλοντα. Σε αυτούς και άλλους κβαντικούς δέκτες, χρησιμοποιείται ξεχωριστή δέσμη αναφοράς με ανάδραση ανίχνευσης ενός φωτονίου, οπότε ο παλμός αναφοράς τελικά ακυρώνει το σήμα εισόδου για να εξαλείψει τον θόρυβο λήψης.
Ο ενισχυμένος δέκτης των ερευνητών, ωστόσο, μπορεί να αποκωδικοποιήσει έως και τέσσερα bit ανά παλμό, επειδή κάνει καλύτερη δουλειά στη διάκριση μεταξύ διαφορετικών καταστάσεων εισόδου.
Για να επιτύχουν πιο αποτελεσματική ανίχνευση, ανέπτυξαν μια μέθοδο διαμόρφωσης και εφάρμοσαν έναν αλγόριθμο ανατροφοδότησης που εκμεταλλεύεται τους ακριβείς χρόνους της ανίχνευσης ενός φωτονίου. Ωστόσο, καμία μέτρηση δεν είναι τέλεια, αλλά το νέο “ολιστικά” σχεδιασμένο σύστημα επικοινωνίας αποδίδει όλο και πιο ακριβή αποτελέσματα κατά μέσο όρο.
“Μελετήσαμε τη θεωρία των επικοινωνιών και τις πειραματικές τεχνικές των κβαντικών δεκτών για να βρούμε ένα πρακτικό πρωτόκολλο τηλεπικοινωνιών που εκμεταλλεύεται το μέγιστο της κβαντικής μέτρησης“, δήλωσε ο συγγραφέας Sergey Polyakov. “Με το πρωτόκολλό μας, επειδή θέλουμε το σήμα εισόδου να περιέχει όσο το δυνατόν λιγότερα φωτόνια, μεγιστοποιούμε την πιθανότητα ότι ο παλμός αναφοράς ενημερώνεται στη σωστή κατάσταση μετά την πρώτη ανίχνευση φωτονίων, οπότε στο τέλος της μέτρησης, το EBR είναι ελαχιστοποιήθηκε“.
Επιστημονικό Άρθρο:
I. A. Burenkov, M. V. Jabir, S. V. Polyakov. Practical quantum-enhanced receivers for classical communication. AVS Quantum Science, 2021
