Ett nyligen föreslaget protokoll för att öka integriteten i kvant-sensorsnätverk

15 februari 2025

Detta artikel har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policyer. Redaktörer har framhävt följande egenskaper samtidigt som de har säkerställt innehållets trovärdighet:

• faktagranskad
• peer-reviewad publikation
• pålitlig källa
• korrekturläst

av Ingrid Fadelli, Phys.org

Enheter som utnyttjar kvantmekanikens effekter, generellt kända som kvantteknologier, kan bidra till att lösa vissa verkliga problem snabbare och mer effektivt. På senare tid har fysiker och ingenjörer introducerat olika lovande kvantteknologier, inklusive så kallade kvantsensorer.

Nätverk av kvantsensorer skulle teoretiskt kunna användas för att mäta specifika parametrar med enastående precision. Dessa nätverk utnyttjar ett kvantfenomen som kallas för entanglement, vilket innebär en ihållande koppling mellan partiklar, vilket gör det möjligt för dem att omedelbart dela information med varandra, även på avstånd.

Även om nätverk av kvantsensorer (QSNs) kan ha olika fördelaktiga tillämpningar i den verkliga världen, är deras effektiva användning också beroende av förmågan att säkerställa att informationen som delas mellan sensorerna förblir privat och inte är tillgänglig för skadliga tredje parter.

I en artikel publicerad i Physical Review Letters introducerar forskare vid Sorbonne University en ny protokoll som kan bidra till att förbättra sekretessen för informationen som delas mellan nätverksanslutna kvantsensorer.

'Nätverksbaserad avkänning representerar en lovande forskningsväg inom det bredare fältet av kvantsensorer,' sa Majid Hasani, försteförfattare av artikeln, till Phys.org. 'Med tanke på det oundvikliga närvarandet av skadliga angripare som avlyssnar kvantkanaler för att få information, satte vi oss in att skapa ett privat protokoll där man kan uppskatta okända parametrar utan något läckage av information.'

Det nya protokollet som Hasani och hans kollegor utarbetat bygger på ett etablerat matematiskt verktyg känt som quantum Fisher information matrix (QFIM). Denna matris kvantifierar i grunden precisionen av parameterestimaten som är associerade med kvantmätningsenheter eller processer.

'QFIM är en välbekant kvantitet inom området kvantmetrologi och avkänning, som kvantifierar den maximala mängden utvinningsbar information om kända parametrar över alla möjliga mätningar och sätter en lägre gräns för precisionen av uppskattningen,' förklarade Hasani.

'De matematiska egenskaperna hos denna matris, som kontinuitetsrelationen mellan dess poster, gjorde det möjligt för oss att konstruera ett privat protokoll.'

I huvudsak innebär det föreslagna protokollet som Hasani och hans kollegor har utarbetat att manipulera QFIM för att identifiera den kvanttilstånd i ett kvantsensornät som maximerar integriteten. Deras artikel introducerade också konceptet quasiprivat (𝜀-privacy), som är en mätning av hur nära ett kvanttilstånd är till att säkerställa 'perfekt sekretess.'

För att illustrera potentialen hos deras protokoll, gav forskarna ett exempel på hur det kan tillämpas på ett nätverk av kvantsensorer. I det exempel de beskrev, uppskattade kvantsensornätverket specifikt genomsnittet av okända parametrar och laget visade hur deras protokoll kunde öka sekretessen.

'Den presenterade metoden ger ett systematiskt sätt att konstruera ett protokoll med justerbar utvinningsbar information från nätverket,' sa Hasani. 'Denna justerbarhet möjliggör att vi kan kontrollera informationens läckage och därigenom skydda vår information från skadliga angripare.'

Hittills har det nyproponerade sekretessprotokollet bara demonstrerats teoretiskt, men Hasani och hans kollegor hoppas snart kunna implementera det och testa det i en experimentell miljö. I framtiden kan deras ansträngningar bidra till förverkligandet av säker kvantavkänning och kommunikation.

'Nästa steg för oss blir att implementera protokollet experimentellt,' tillade Hasani. 'Denna pågående projekt med våra samarbetspartners kommer att vara avgörande för utvecklingen av kvantsensorer i verkliga livet.'

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

Tidskriftsinformation: Physical Review Letters , arXiv

© 2025 Science X Network