Eines der Probleme der klassischen Kommunikation hängt mit dem sogenannten byzantinischen Abkommen zusammen. In diesem Problem sind Nachrichten zwischen drei verschiedenen Parteien fehlerhaften Informationen unterworfen. Die Quantenkommunikation hat jedoch das Versprechen, dieses Dilemma zu lösen. Aber bis jetzt war es schwierig, dies zu tun, selbst wenn verschränkte Zustände verwendet wurden.

Möglicherweise hat jedoch eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern eine Lösung gefunden. Die Ergebnisse ihres Experiments werden in Physical Review Letters veröffentlicht : „Experimentelle Demonstration eines Quantenprotokolls für byzantinische Übereinstimmung und Lügnererkennung“.

"Anstelle von nur drei Photonen", sagt Harald Weinfurter gegenüber PhysOrg.com, "verwendet unser Protokoll vier Photonen in einem speziell vorbereiteten Zustand." Weinfurter ist mit dem Max-Planck-Institut für Quantenphysik in Garching und der Ludwig-Maximilians-Universität verbunden in München. Weinfurter arbeitete mit Sascha Gaertner, einem Kollegen von Max Planck und Ludwig Maximilians, zusammen, die einen großen Teil der experimentellen Arbeit leisteten. Ebenfalls in die Bemühungen einbezogen waren Mohamed Bourennane von der Universität Stockholm, Christian Kurtsiefer von der Nationalen Universität Singapur und Adán Cabello von der Universität Sevilla in Spanien, die „die meiste Idee hatten“, sagt Weinfurter.

„Unser Protokoll ermöglicht es uns, den Lügner zwischen drei Partnern zu finden, die Nachrichten senden“, fährt Weinfurter fort. „Es bietet einen Überprüfungsprozess, bei dem zwei empfangende Computer sich gegenseitig überprüfen. Es ist ein Weg, dieses byzantinische Einigungsproblem zu lösen. “

Das Problem, erklärt Weinfurter, entstammt einer Geschichte von Lamport et al. beschrieben im Jahr 1982, eine Situation zu schaffen, die im Jahr 1453 stattgefunden haben könnte, als Konstantinopel belagert wurde. Generäle schickten Nachrichten hin und her und versuchten, einen Angriff auf die Stadt zu koordinieren. Einige versuchten aus eigenen Gründen, falsche Informationen zu verwenden, um die anderen zu sabotieren.

In der Quantenmechanik umfasst das Problem der Drei-Parteien-Kommunikation auch fehlerhafte Informationen, wenn Nachrichten weitergeleitet werden. Es kann schwierig - bis jetzt fast unmöglich - sein, die fehlerhaften Informationen und ihre Quelle in einem Drei-Parteien-Quantenkommunikationsaufbau zu erkennen. Dies liegt daran, dass die erforderlichen Qutrits, dreifach bewertete Quantensysteme, ziemlich schwierig zu erzeugen und zu handhaben sind.

Experimentell ist es viel einfacher, Qubit- (Zweiparteien-) verschränkte Zustände zu erzeugen. Weinfurter und Kollegen gelang es, die Qutrit-Schwierigkeiten zu überwinden, indem sie ein System aufbauten, das verschränkte Vier-Qubit-Zustände erzeugt. "Wir verwenden einen gepulsten Laser, und obwohl man normalerweise nur zwei Photonen bekommt, gibt es eine vernünftige Möglichkeit für vier Photonen", sagt er. „Sobald diese erkannt werden, können sie verwickelt werden. Der Staat kommt mehr oder weniger aus der Quelle. “


Weinfurter sagt, dass dieses Protokoll nicht nur für die sichere Kommunikation gedacht ist. "Es ist wirklich zur Verifizierung gedacht", erklärt er, "damit Sie den Lügner erkennen können." Der besondere Zustand der verschränkten Photonen wird verwendet, um den Schlüssel zu verteilen, der im Verifizierungsprozess verwendet wird.

Leider, räumt Weinfurter ein, ist das Setup in einem Computer schwierig zu bedienen. "Für den Einsatz bei der Datenreplikation sind noch weitere Entwicklungen erforderlich."

Wichtig sei, dass dieses Experiment zum ersten Mal experimentell einen Weg zeige, das byzantinische Einigungsproblem zu überwinden. „Für eine praktische Quantencomputeranwendung ist sie nicht da“, sagt Weinfurter. "Aber mit neuen Methoden zur Erzeugung von Photonen könnten wir bald dorthin gelangen."

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