Een nieuw voorgesteld protocol om de privacy in kwantum sensor netwerken te verbeteren

15 februari 2025 kenmerk

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgden:

• gefactcheckt
• peer-reviewed publicatie
• vertrouwde bron
• gecontroleerd

door Ingrid Fadelli, Phys.org

Apparaten die gebruikmaken van effecten uit de kwantummechanica, algemeen bekend als kwantumtechnologieën, zouden kunnen helpen om sommige real-world problemen sneller en efficiënter aan te pakken. In de afgelopen jaren hebben natuurkundigen en ingenieurs verschillende veelbelovende kwantumtechnologieën geïntroduceerd, waaronder zogenaamde kwantumsensoren.

Netwerken van kwantumsensoren zouden theoretisch gebruikt kunnen worden om specifieke parameters met opmerkelijke precisie te meten. Deze netwerken maken gebruik van een kwantumverschijnsel dat bekend staat als verstrengeling, wat inhoudt dat er een voortdurende verbinding is tussen deeltjes, die hen in staat stelt om onmiddellijk informatie met elkaar te delen, zelfs op afstand.

Hoewel kwantumsensornetwerken (QSN's) verschillende voordelige real-world toepassingen zouden kunnen hebben, is hun effectieve implementatie ook afhankelijk van het vermogen om ervoor te zorgen dat de informatie die tussen sensoren wordt gedeeld privé blijft en niet toegankelijk is voor kwaadwillige derde partijen.

In een paper gepubliceerd in Physical Review Letters, introduceren onderzoekers van de Sorbonne University een nieuw protocol dat kan helpen om de privacy van informatie die gedeeld wordt tussen gekoppelde kwantumsensoren te verbeteren.

'Gekoppelde sensoren vormen een veelbelovend onderzoeksgebied binnen het bredere veld van kwantumsensing,' vertelde Majid Hasani, eerste auteur van de paper, aan Phys.org. 'Gezien de onvermijdelijke aanwezigheid van kwaadwillende tegenstanders die kwantumkanalen onderscheppen om informatie te verkrijgen, hebben we een privaat protocol ontworpen waarbij men onbekende parameters kan schatten zonder enig lekken van informatie.'

Het nieuwe protocol dat is bedacht door Hasani en zijn collega's, maakt gebruik van een gevestigd wiskundig gereedschap dat bekend staat als de quantum Fisher-informatiematrix (QFIM). Deze matrix kwantificeert essentieel de precisie van parameterschattingen die verband houden met kwantummeetapparaten of -processen.

'De QFIM is een bekende hoeveelheid in het veld van kwantummetrologie en sensing, die de maximale hoeveelheid extracteerbare informatie over bekende parameters kwantificeert over alle mogelijke metingen en een ondergrens stelt aan de precisie van schatting,' legt Hasani uit.

'De wiskundige eigenschappen van deze matrix, zoals de continuïteitsrelatie tussen de invoer, stelden ons in staat om een privaat protocol te construeren.'

Essentieel houdt het voorgestelde protocol van Hasani en zijn collega's in, het manipuleren van de QFIM om de kwantumtoestand in een kwantumsensornetwerk te identificeren die de privacy maximaliseert. Hun paper introduceert ook het idee van quasiprivacy (𝜀-privacy), wat een maat is voor hoe dicht een kwantumtoestand bij het waarborgen van 'perfecte privacy' komt.

Om het potentieel van hun protocol te illustreren, gaven de onderzoekers een voorbeeld van hoe het zou kunnen worden toegepast op een netwerk van kwantumsensoren. In het voorbeeld dat ze schetsten, schatte het kwantumsensornetwerk specifiek het gemiddelde van onbekende parameters en toonde het team aan hoe hun protocol de privacy kon verbeteren.

'De gepresenteerde methode biedt een systematische manier om een protocol te construeren met instelbare extracteerbare informatie uit het netwerk,' zei Hasani. 'Deze instelbaarheid stelt ons in staat om de informatielekkage te controleren en daarmee onze informatie te beschermen tegen kwaadwillende tegenstanders.'

Tot nu toe is het nieuw voorgestelde privacyprotocol alleen theoretisch gedemonstreerd, maar Hasani en zijn collega's hopen het binnenkort te implementeren en te testen in een experimentele setting. In de toekomst zouden hun inspanningen kunnen bijdragen aan de realisatie van veilige kwantum sensing en communicatie.

'Onze volgende stap zal zijn om het protocol experimenteel uit te voeren,' voegde Hasani toe. 'Dit lopende project met onze samenwerkingspartners zal cruciaal zijn voor de ontwikkeling van echte kwantumsensoren.'

Meer informatie: Majid Hassani et al, Privacy in Networks of Quantum Sensors, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.030802. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2408.01711

Tijdschriftinformatie: Physical Review Letters , arXiv

© 2025 Science X Network