Enheder, der udnytter virkningen af kvantemekanik, bredt omtalt som kvanteteknologier, kunne hjælpe med at tackle nogle problemer i den virkelige verden hurtigere og mere effektivt. I de senere år har fysikere og ingeniører introduceret forskellige lovende kvanteteknologier, herunder såkaldte kvantesensorer.
Netværk af kvantesensorer kunne teoretisk bruges til at måle specifikke parametre med bemærkelsesværdig præcision. Disse netværk udnytter et kvantefænomen kendt som sammenfiltring, hvilket indebærer en vedvarende forbindelse mellem partikler, som giver dem mulighed for øjeblikkeligt at dele information med hinanden, selv på afstand.
Mens kvantesensornetværk (QSN’er) kunne have forskellige fordelagtige applikationer i den virkelige verden, er deres effektive implementering også afhængig af evnen til at sikre, at de oplysninger, der deles mellem sensorer, forbliver private og ikke er tilgængelige for ondsindede tredjepart.
I et papir, der er offentliggjort i Fysiske gennemgangsbreveForskere ved Sorbonne University introducerer en ny protokol, der kan hjælpe med at forbedre privatlivets fred for information, der deles mellem netværksmæssige sensorer.
“Netværkets sensing repræsenterer en lovende vej til forskning inden for det bredere felt af kvantefølelse,” fortalte Majid Hasani, første forfatter af papiret, til LektieForum. “I betragtning af den uundgåelige tilstedeværelse af ondsindede modstandere, der opfanger kvantekanaler for at få nogle oplysninger, begyndte vi at udtænke en privat protokol, hvor man kan estimere ukendte parametre uden nogen lækage af information.”
Den nye protokol, der er udtænkt af Hasani, og hans kolleger er afhængige af et etableret matematisk værktøj kendt som Quantum Fisher Information Matrix (QFIM). Denne matrix kvantificerer i det væsentlige præcisionen af parameterestimater forbundet med kvantemålingsenheder eller processer.
“QFIM er en velkendt mængde inden for kvante metrologi og sensing, der kvantificerer den maksimale mængde ekstraherbar information om kendte parametre over alle mulige målinger og sætter en lavere grænse på præcisionen af estimering,” forklarede Hasani.
“De matematiske egenskaber ved denne matrix, såsom kontinuitetsforholdet mellem dens poster, gjorde det muligt for os at konstruere en privat protokol.”
I det væsentlige indebærer Hasani og hans kollegers foreslåede protokol at manipulere QFIM for at identificere kvantetilstand i et kvantesensornetværk, der maksimerer privatlivets fred. Deres papir introducerede også ideen om kvasiprivacy (𝜀-privacy), som er en måling af, hvor tæt en kvantetilstand er at sikre “perfekt privatliv.”
For at illustrere potentialet i deres protokol gav forskerne et eksempel på, hvordan det kunne anvendes til et netværk af kvantesensorer. I det eksempel, de skitserede, estimerede kvantesensornetværket specifikt gennemsnittet af ukendte parametre, og teamet viste, hvordan deres protokol kunne øge privatlivets fred.
“Den præsenterede metode giver en systematisk måde at konstruere en protokol med indstillelige ekstraherbare oplysninger fra netværket,” sagde Hasani. “Denne tunabilitet gør det muligt for os at kontrollere informationslækagen og derved beskytte vores oplysninger mod ondsindede modstandere.”
Indtil videre blev den nyligt foreslåede privatlivsprotokol kun teoretisk demonstreret, men Hasani og hans kolleger håber snart at implementere den og teste den i en eksperimentel ramme. I fremtiden kunne deres indsats bidrage til realiseringen af sikker kvantensføling og kommunikation.
“Vores næste trin vil være at implementere protokollen eksperimentelt,” tilføjede Hasani. “Dette igangværende projekt med vores samarbejdspartnere vil være afgørende for udviklingen af virkelige kvantesensorer.”