Команда исследователей под руководством профессора Эбрахима Карими из Университета Оттавы, совместно с Национальным исследовательским советом Канады и Институтом Макса Планка по науке о свете, решает задачу создания ультрабезопасных, дальнодействующих квантовых каналов, способных обходить проблемы атмосферной турбулентности.
Атмосферная турбулентность, создающая непредсказуемые флуктуации, искажает фотонные квантовые состояния, что ставит под угрозу выполнение протоколов квантового обмена ключами. Существующие методы коррекции волнового фронта не успевают компенсировать быстрые изменения, что требует новых решений.
Прорывной инструмент TAROQQO использует искусственный интеллект для прогнозирования силы турбулентности в режиме реального времени. Основанный на рекуррентных нейронных сетях, этот инструмент анализирует данные о влажности, солнечном излучении, температуре, давлении и параметре турбулентности Cn², обеспечивая прогнозы с разрешением до одной минуты на период до 12 часов.
Доступный на GitHub в репозитории «TAROQQO», инструмент предназначен для планирования экспериментов и оптимизации работы квантовых сетей. Он позволяет смоделировать влияние турбулентности на различные квантовые эксперименты, что способствует эффективному управлению ресурсами. Как отметил доктор Франческо Ди Коландреа: «Повышая эффективность, снижая затраты и обеспечивая оптимальное распределение ресурсов, TAROQQO станет незаменимым инструментом для экспериментальных физиков».
Параллельно с прогнозированием, система адаптивной оптики обеспечивает корректировку оптических искажений в реальном времени. Использование специально разработанного деформируемого зеркала, способного изменять форму до 3000 раз в секунду, позволяет восстанавливать фотонные квантовые состояния и обеспечивает корректную работу квантового распределения ключей.
Лабораторные эксперименты, имитирующие турбулентный свободно-пространственный канал, продемонстрировали, что без адаптивной оптики ошибки, вызванные турбулентностью, превышают допустимые пределы для безопасности. При включении системы адаптивной оптики, как отметил аспирант Лукас Скарф, «без адаптивной оптики турбулентность вводила ошибки, превышавшие допустимый порог... Однако с включенной адаптивной оптикой канал успешно восстанавливался», что позволяло закодировать до трёх бит на один фотон и значительно увеличить скорость генерации ключей.
Совместное применение TAROQQO для предсказания погодных условий и адаптивной оптики для компенсации мгновенных искажений открывает перспективы для реализации безопасных квантовых сетей. Технологии уже находят применение в наземных и спутниковых каналах связи, а их потенциал расширяется на подводные коммуникации.
Результаты исследований опубликованы в журналах Optics Express и Communication Physics, что подтверждает высокий уровень новаторства и практическую применимость данных разработок.
Изображение носит иллюстративный характер
Атмосферная турбулентность, создающая непредсказуемые флуктуации, искажает фотонные квантовые состояния, что ставит под угрозу выполнение протоколов квантового обмена ключами. Существующие методы коррекции волнового фронта не успевают компенсировать быстрые изменения, что требует новых решений.
Прорывной инструмент TAROQQO использует искусственный интеллект для прогнозирования силы турбулентности в режиме реального времени. Основанный на рекуррентных нейронных сетях, этот инструмент анализирует данные о влажности, солнечном излучении, температуре, давлении и параметре турбулентности Cn², обеспечивая прогнозы с разрешением до одной минуты на период до 12 часов.
Доступный на GitHub в репозитории «TAROQQO», инструмент предназначен для планирования экспериментов и оптимизации работы квантовых сетей. Он позволяет смоделировать влияние турбулентности на различные квантовые эксперименты, что способствует эффективному управлению ресурсами. Как отметил доктор Франческо Ди Коландреа: «Повышая эффективность, снижая затраты и обеспечивая оптимальное распределение ресурсов, TAROQQO станет незаменимым инструментом для экспериментальных физиков».
Параллельно с прогнозированием, система адаптивной оптики обеспечивает корректировку оптических искажений в реальном времени. Использование специально разработанного деформируемого зеркала, способного изменять форму до 3000 раз в секунду, позволяет восстанавливать фотонные квантовые состояния и обеспечивает корректную работу квантового распределения ключей.
Лабораторные эксперименты, имитирующие турбулентный свободно-пространственный канал, продемонстрировали, что без адаптивной оптики ошибки, вызванные турбулентностью, превышают допустимые пределы для безопасности. При включении системы адаптивной оптики, как отметил аспирант Лукас Скарф, «без адаптивной оптики турбулентность вводила ошибки, превышавшие допустимый порог... Однако с включенной адаптивной оптикой канал успешно восстанавливался», что позволяло закодировать до трёх бит на один фотон и значительно увеличить скорость генерации ключей.
Совместное применение TAROQQO для предсказания погодных условий и адаптивной оптики для компенсации мгновенных искажений открывает перспективы для реализации безопасных квантовых сетей. Технологии уже находят применение в наземных и спутниковых каналах связи, а их потенциал расширяется на подводные коммуникации.
Результаты исследований опубликованы в журналах Optics Express и Communication Physics, что подтверждает высокий уровень новаторства и практическую применимость данных разработок.
