Koordynator
0000-0001-8195-214X
Celem projektu NLPQT jest rozwój ogólnokrajowej infrastruktury umożliwiającej praktyczne wykorzystanie własności pojedynczych obiektów kwantowych, ze szczególnym uwzględnieniem możliwości wykorzystania pojedynczych fotonów w komunikacji kwantowej. Infrastruktura NLPQT umożliwi prace badawczo-rozwojowe, prowadzące do zaprojektowania, uruchomienia i rozwoju złożonych i bezpiecznych systemów do kwantowej dystrybucji klucza kryptograficznego (QKD) i komunikacji kwantowej, a także integracji tych rozwiązań z innymi mechanizmami stosowanymi obecnie w celu zabezpieczenia danych przesyłanych przez systemy informatyczne i telekomunikacyjne. Ponadto w ramach projektu NLQPT zostaną utworzone testowe stacje robocze umożliwiające opracowywanie zastosowań pojedynczych obiektów kwantowych, takich jak elektrony, kropki kwantowe lub atomy. Nowe funkcjonalności dostępne dzięki własnościom pojedynczych obiektów kwantowych znajdą zastosowanie w obszarach wymienionych poniżej:
Nowe funkcjonalności dostępne dzięki właściwościom pojedynczych obiektów kwantowych
Komunikacja
- Kryptografia zabezpieczona fizycznie dzięki wykorzystaniu zasady nieoznaczoności Heisenberga
- Intenet kwantowy: transmisja superpozycji kwantowych na duże odległości
Metrologia
- Ulepszone wykrywanie parametrów za pomocą efektów mechaniki kwantowej
- Lepsze oszacowanie fazy dzięki ściśnięciu kwadratury - Advanced LIGO
Symulacje
Inżynieria oddziaływań pomiędzy kontrolowanymi cząstkami w celu symulacji złożonych układów materiałowych, np. wykorzystanie sieci pojedynczych atomów, których oddziaływania są kontrolowane za pomocą światła, aby symulować układy półprzewodnikowe.
Obliczenia
- Bit kwantowy może być jednocześnie równy 0 i 1 - superpozycja kwantowa
- Superpozycja kwantowa i splątanie umożliwiają obliczenia równoległe, znacznie przyspieszające rozwiązywanie wiele trudnych problemów obliczeniowych
Główne obszary prac badawczo-rozwojowych, które są prowadzone w ramach projektu NLPQT to:
Kwantowa dystrybucja klucza kryptograficznego (QKD)
- Międzymiastowe łącze QKD Warszawa-Poznań z zaufanymi węzłami
- Lokalne łącza QKD w Warszawie i Poznaniu
- Wdrożenie systemu QKD w operacyjnych platformach testowych i usługach
- Rozwój i integracja technologii QKD z istniejącymi systemami optycznej transmisji danych
- QKD w krajowym systemie wytwarzanie i dystrybucji wzorcowej nośnej optycznej
Zastosowania
- Kryptografia kwantowa dla krytycznych usług / infrastruktury
- Komunikacja kwantowa do obliczeń kwantowych
- Standaryzacja i implementacja technologii QKD w DWDM
Komunikacja kwantowa i fotoniczne interfejsy kwantowe
- Fotony: idealne nośniki informacji kwantowej dzięki słabym oddziaływaniom ze środowiskiem i niskim stratom transmisyjnym
- Platforma testowa dla nowych protokołów komunikacji kwantowej
- Elektrooptyczne i nieliniowe interfejsy fotoniczne do niskostratnej konwersji parametrów impulsów jednofotonowych
Zastosowania
- Fotoniczne sprzęganie obiektów kwantowych (atomów, jonów, defektów kwantowych)
- Transmisja superpozycji kwantowych i splątania na duże odległości
Infrastruktura
- Ciemne łącze światłowodowe do sieci PIONIER
- Źródła i detektory pojedynczych fotonów
- Lasery, modulatory, sprzęt kalibracyjny
Obrazowanie kwantowe
- Wykrywanie fotonów z wysoką rozdzielczością przestrzenną i czasową
- Opracowanie technik obrazowania opartych na przestrzennych i czasowych korelacjach fotonów
- Generowanie pojedynczych fotonów i par fotonów
Zastosowania
- Testy wielokanałowych detektorów pojedynczych fotonów
- Obrazowanie biologiczne wspierane efektami kwantowymi
- Mikroskopia fluorescencyjna
Solotronika i półprzewodniki
- Badania mikro- i nanostruktur półprzewodnikowych i fotonicznych przy użyciu najnowocześniejszych technik spektroskopii optycznej
- Hybrydowe mikrostruktury półprzewodnik-metal
Zastosowania
- Kwantowe przetwarzanie informacji w ciałach stałych
- Pojedyncze i splątane fotony na żądanie
- Elastyczne urządzenia optoelektroniczne
Infrastruktura
- Układ do femtosekundowej spektroskopii półprzewodników z polem magnetycznym (do 11 T) w pompowanych kriostatach helowych
- Obiektywy mikroskopowe umożliwiające uzyskanie submikronowej rozdzielczości przestrzennej
- Kamery smugowe o rozdzielczości czasowej na poziomie kilku ps
Komunikacja kwantowa i pamięci kwantowe
- Łącze optyczne między stacją naziemną a odbiornikiem satelitarnym może zwiększyć zasięg kwantowych protokołów komunikacyjnych do skali globalnej
- Łącza światłowodowe są kluczowymi elementami miejskiej infrastruktury do kwantowej dystrybucji klucza kryptograficznego
- Oddziaływanie pojedynczego fotonu z izolowanym układem kwantowym jest podstawowym blokiem pamięci kwantowych
Zastosowania
- Absolutnie bezpieczna komunikacja
- Kwantowe przetwarzanie informacji i pamięci kwantowe
Infrastruktura
- Kriogeniczny mikroskop konfokalny z laserowym źródłem światła
Zimne atomy – detekcja kwantowa
Interferometria atomowa z wykorzystaniem zimnych atomów to rodząca się technologia kwantowa:
- Interferencja fal materii pozwoli na bezwzględne pomiary pola grawitacyjnego
- Mobilność układu pomiarowego umożliwi pomiary pola grawitacyjnego poza laboratorium bez potrzeby kalibracji urządzenia
Zastosowania
- Poszukiwania podziemnych obiektów i / lub pustek
- Nawigacja bez użycia GPS za pomocą map grawitacyjnych
Infrastruktura
- mobilny układ do pomiaru interferencji fal materii
