Волоконно-оптическая технология - это святой Грааль высокоскоростной дальней связи. Тем не менее, учитывая продолжающийся экспоненциальный рост интернет-трафика, исследователи предупреждают о нехватке пропускной способности.
В AVS Quantum Science, опубликованном AIP Publishing, исследователи из Национального института стандартов и технологий и Университета Мэриленда показывают, как квантово-усиленные приемники могут сыграть решающую роль в решении этой проблемы.
Ученые разработали метод улучшения приемников, основанный на свойствах квантовой физики, чтобы значительно повысить производительность сети при значительном снижении скорости передачи битов с ошибками (EBR) и энергопотребления.
Волоконно-оптическая технология использует приемники для обнаружения оптических сигналов и преобразования их в электрические сигналы. Обычный процесс обнаружения, в основном из-за случайных флуктуаций света, создает «дробовой шум», который снижает способность обнаружения и увеличивает EBR.
Чтобы справиться с этой проблемой, сигналы должны постоянно усиливаться по мере того, как пульсирующий свет вдоль оптического кабеля становится слабее, но существует предел поддержания адекватного усиления, когда сигналы становятся едва различимыми.
Приемники с квантовым усилением, которые обрабатывают до двух бит классической информации и могут преодолевать дробовой шум, продемонстрировали повышение точности обнаружения в лабораторных условиях. В этих и других квантовых приемниках используется отдельный опорный луч с обратной связью при обнаружении одиночного фотона, поэтому опорный импульс в конечном итоге нейтрализует входной сигнал для устранения дробового шума.
Усовершенствованный приемник исследователей, однако, может декодировать до четырех битов на импульс, потому что он лучше различает различные входные состояния.
Чтобы добиться более эффективного обнаружения, они разработали метод модуляции и внедрили алгоритм обратной связи, который использует точное время обнаружения одиночного фотона. Тем не менее, ни одно измерение не является идеальным, но новая «целостно» разработанная система связи дает в среднем все более точные результаты.
«Мы изучили теорию связи и экспериментальные методы квантовых приемников, чтобы разработать практичный телекоммуникационный протокол, максимально использующий преимущества квантовых измерений», - сказал автор Сергей Поляков. «С нашим протоколом, поскольку мы хотим, чтобы входной сигнал содержал как можно меньше фотонов, мы максимизируем вероятность того, что эталонный импульс обновится до правильного состояния после обнаружения самого первого фотона, поэтому в конце измерения EBR сведен к минимуму."