新しいタイプの見えない通信

研究者は、すべての温かいオブジェクトが自然に放出する熱放射内に隠された秘密のメッセージを送信するという、SFのように聞こえることを実現しました。負の光として知られる量子現象を利用することで、チームはデータが熱署名にエンコードされる可能性があることを実証しました。その結果、送信環境の背景熱ノイズと区別できないようになりました。

この突破は、数十年間理論化されてきたが、最近になって実用的なアプリケーションのために利用された光の反直感的な性質に依存しています。負の光は、特別に設計されたソースが周囲の熱フィールドと反相関した光子を放出するときに発生し、効果的に電磁スペクトル内にシャドウを作成します。これはノイズフロアを超えて検出可能なシグナルを生成することなく情報を携帯できます。

負の光がどのように機能するか

従来の光学通信では、レーザーまたはLEDは背景に対して明確に目立つ光子を生成します。信号が周囲の環境より明るいため、検出は簡単です。負の光はこのパラダイムを完全に反転させます。

研究者は、周囲の熱放射と組み合わされると背景ノイズ内の特定のパターンをキャンセルする光子状態を生成するソースを作成しました。総電磁場を測定する外部の観察者にとって、何も通常ではありません。読みは、温かいオブジェクトからの通常の熱変動とまったく同じです。正しいデコーディングキーで装備されたレシーバーのみが、ランダムな熱に見えるものから隠されたデータストリームを抽出できます。

単語自体ではなく、単語の間のスペースにメッセージを書くと考えてください。予想されるノイズの欠落はシグナルになりますが、探しているノイズの欠落パターンが正確にわかっている場合のみです。

安全な通信への影響

潜在的なアプリケーションは、学術的好奇心をはるかに超えています。従来の暗号化通信は、数学的に安全ですが、それでも検出可能です。敵対者は暗号化されたメッセージを読むことができない場合がありますが、メッセージが送信されたことを観察できます。負の光通信は、このメタデータリークさえも排除します。

軍事とインテリジェンスのアプリケーションは明白な候補です。負の光トランスミッタは、近くの検出装置に警告する電磁署名を生成することなく、監視デバイスからデータを送信できます。送信は、デバイス自体の自然な熱放出と熱力学的に区別できません。

テクノロジーは、無線通信の静寂が重要なシナリオでも見つけることができます。潜水艦、ステルス航空機、秘密の地上作戦はすべて、検出可能なトレースを残さないコミュニケーション方法が必要です。現在のソリューションには、事前に手配されたスケジュール、バースト送信、周波数ホッピングが含まれます。これらはすべて短いが測定可能なシグナルを生成します。負の光通信は何も生成しません。

技術的な課題は依然として残っている

有望なデモンストレーションにもかかわらず、ラボの概念実証と実際のデプロイメントの間に大きな障害があります。現在のデータ転送速度は、従来の光学またはラジオ通信と比較して非常に低いです。チームは制御された熱環境での短距離での信頼性の高い送信を達成しましたが、テクノロジーを長距離にスケーリングするとコンプリケーションが導入されます。

現実世界の気温変動はノイズを作成し、微妙な反相関パターンを破壊する可能性があります。受信機は、意図的な負の光パターンと自然な変動を区別するために、周囲の熱環境を正確に知っている必要があります。この環境キャリブレーションの要件は複雑性を追加し、熱背景が比較的安定し予測可能なシナリオにテクノロジーを制限する可能性があります。

さらに、関与する量子状態は脆弱です。負の光を可能にする光子反相関は、干渉する物質との相互作用によって中断される可能性があります。空気分子、ダストパーティクル、および光学要素はすべて、シグナルを低下させるデコーレンスを導入します。研究者は、この制限に対処するための量子コンピューティングから借用されたエラー補正技術を探索しています。

秘密を超えて：科学的応用

研究はまた、基礎物理学の新しい道も開きます。熱放射状態を正確に設計する能力は、熱伝達の量子特性を研究するためのツール、つまり量子熱力学として知られている分野を研究するためのツールを提供します。この分野は最近数年で急速な成長を見ました。

熱放射は物理学の最も古いトピックの1つです。Max Planckによる1900年の黒体放射の研究は量子革命を開始しました。しかし、100年以上後、研究者は依然として、熱光が操作および悪用できる微妙な量子特性を宿していることを発見しています。負の光実験は、シグナルとノイズ、情報と熱の間の境界が以前に理解されたよりも多くの透過性があることを示しています。

未来の通信の一瞥

主流のデプロイメントは依然として数年先ですが、負の光を介したデータ転送の成功したデモンストレーションは、通信についての考え方の概念的な突破です。メッセージがシグナル内ではなく、慎重に設計されたノイズの欠落に隠すことができるという考えは、通信自体の性質に関する基本的な仮定に挑戦しています。量子テクノロジーが成熟し続けるにつれて、負の光通信は最終的に量子キー分配と量子コンピューティングに参加し、国家安全保障から基礎科学まで分野を再構成している量子強化テクノロジーの成長するツールキットに参加する可能性があります。

この記事は、Live Scienceのレポートに基づいています。元の記事を読む。