Geräte, die die Quantenmechanik-Effekte nutzen, die allgemein als Quantentechnologien bezeichnet werden, könnten dazu beitragen, einige reale Probleme schneller und effizienter zu lösen. In den letzten Jahren haben Physiker und Ingenieure verschiedene vielversprechende Quantentechnologien eingeführt, darunter sogenannte Quantensensoren.
Netzwerke von Quantensensoren können theoretisch verwendet werden, um spezifische Parameter mit bemerkenswerter Genauigkeit zu messen. Diese Netzwerke nutzen ein Quantenphänomen, das als Verschränkung bezeichnet wird und eine anhaltende Verbindung zwischen Partikeln mit sich bringt, die es ihnen ermöglicht, Informationen sofort miteinander zu teilen, selbst in der Ferne.
Während Quantum Sensor Networks (QSNs) verschiedene vorteilhafte reale Anwendungen haben könnten, beruht ihre effektive Bereitstellung auch auf der Fähigkeit, sicherzustellen, dass die zwischen den Sensoren geteilten Informationen privat bleiben und für böswillige Dritte nicht zugänglich sind.
In ein Papier veröffentlicht in Physische ÜberprüfungsbriefeForscher der Sorbonne University stellen ein neues Protokoll ein, das dazu beitragen könnte, die Privatsphäre der Informationen zwischen vernetzten Quantensensoren zu verbessern.
„Networked Sensing stellt eine vielversprechende Forschung im breiteren Bereich der Quantenerfassung dar“, sagte Majid Hasani, erster Autor des Papiers, gegenüber Phys.org. „Angesichts der unvermeidlichen Präsenz böswilliger Gegner, die Quantenkanäle abfangen, um einige Informationen zu erhalten, haben wir uns vorgenommen, ein privates Protokoll zu entwickeln, in dem man unbekannte Parameter ohne Anschluss von Informationen schätzen kann.“
Das von Hasani und seinen Kollegen entwickelte neue Protokoll stützt sich auf ein etabliertes mathematisches Instrument, das als Quantenfischerinformationsmatrix (QFIM) bekannt ist. Diese Matrix quantifiziert die Genauigkeit von Parameterschätzungen im Wesentlichen, die mit Quantenmessgeräten oder -prozessen verbunden sind.
„Das QFIM ist eine bekannte Menge im Bereich der Quantenmetrologie und Erfindung, was die maximale Menge an extrahierbaren Informationen über bekannte Parameter über alle möglichen Messungen quantifiziert und eine untere Grenze für die Genauigkeit der Schätzung festlegt“, erklärte Hasani.
„Die mathematischen Eigenschaften dieser Matrix, wie die Kontinuitätsbeziehung zwischen ihren Einträgen, ermöglichten es uns, ein privates Protokoll zu konstruieren.“
Im Wesentlichen beinhaltet Hasani und das vorgeschlagene Protokoll seiner Kollegen das Manipulieren des QFIM, um den Quantenzustand in einem Quantensensorternetz zu identifizieren, das die Privatsphäre maximiert. In ihrem Papier wurde auch die Idee der Quasiprivität (𝜀-privaty) eingeführt, was eine Messung darstellt, wie nahe ein Quantenzustand ist, um „perfekte Privatsphäre“ zu gewährleisten.
Um das Potenzial ihres Protokolls zu veranschaulichen, gaben die Forscher ein Beispiel dafür, wie es auf ein Netzwerk von Quantensensoren angewendet werden konnte. Im Beispiel, das sie beschrieben haben, schätzte das Quantensensor -Netzwerk spezifisch den Durchschnitt der unbekannten Parameter und das Team zeigte, wie sein Protokoll die Privatsphäre steigern könnte.
„Die vorgestellte Methode bietet eine systematische Möglichkeit, ein Protokoll mit einstellbaren extrahierbaren Informationen aus dem Netzwerk zu konstruieren“, sagte Hasani. „Diese Tunabilität ermöglicht es uns, die Informationsleckage zu steuern und dadurch unsere Informationen vor böswilligen Gegnern zu schützen.“
Bisher wurde das neu vorgeschlagene Datenschutzprotokoll nur theoretisch demonstriert, doch Hasani und seine Kollegen hoffen bald, es umzusetzen und in einem experimentellen Umfeld zu testen. In Zukunft könnten ihre Bemühungen zur Verwirklichung der sicheren Quantenerfassung und der Kommunikation beitragen.
„Unser nächster Schritt wird es sein, das Protokoll experimentell zu implementieren“, fügte Hasani hinzu. „Dieses fortlaufende Projekt mit unseren Mitarbeitern wird für die Entwicklung realer Quantensensoren von entscheidender Bedeutung sein.“
Weitere Informationen:
Majid Hassani et al., Privatsphäre in Netzwerken von Quantensensoren, Physische Überprüfungsbriefe (2025). Doi: 10.1103/PhysRevlett.134.030802. An Arxiv: Doi: 10.48550/arxiv.2408.01711
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