Ученые достигли квантового распределения ключей на 1000 км

13 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

Университетом науки и технологий Китая

Распределение квантовых ключей на большие расстояния (QKD) «точка-точка» на расстоянии 1002 км было достигнуто учеными из Университета науки и технологий Китая (USTC) Китайской академии наук (CAS). сотрудники из Университета Цинхуа, Цзинаньского института квантовых технологий и Шанхайского института микросистем и информационных технологий (SIMIT), CAS. Эта веха не только устанавливает новый мировой рекорд по безрелейной QKD, но и обеспечивает решение для высокоскоростной междугородной квантовой связи. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters 25 мая.

QKD основан на принципах квантовой механики и обеспечивает безопасное распределение ключей между двумя удаленными сторонами. В сочетании с методом шифрования «одноразовый блокнот» он может обеспечить высочайший уровень безопасности конфиденциальной связи. Однако расстояние QKD ограничено такими факторами, как потери в канале и шум системы.

В эксперименте был продемонстрирован QKD с двойным полем (TF-QKD) с использованием протокола «отправлять или не отправлять» (SNS), улучшающий соотношение между ключевой скоростью и коэффициентом пропускания канала от линейного η до квадратного корня η. Таким образом, он может обеспечить гораздо большее безопасное расстояние, чем традиционные протоколы QKD.

Для достижения QKD на большие расстояния исследовательская группа сотрудничала с Yangtze Optical Fiber and Cable Joint Stock Company Limited (YOFC) и использовала волокно со сверхнизкими потерями на основе технологии сердцевины из чистого кварца, которое достигло максимального затухания 0,16 дБ/км. Компания SIMIT разработала сверхмалошумящие сверхпроводящие однофотонные детекторы.

Благодаря использованию нескольких фильтров при температурах 40 К и 2,2 К для подавления темновых отсчетов, вызванных тепловым излучением, шум однофотонных детекторов был снижен примерно до 0,02 имп/с. Кроме того, команда также разработала двухдиапазонную схему оценки фазы, чтобы избежать шума спонтанного комбинационного рассеяния света и снизить шум системы до уровня ниже 0,01 Гц.

Основываясь на вышеупомянутых технологических разработках, команда достигла TF-QKD на рекордном расстоянии в 1002 км с ключевой скоростью 0,0034 б/с. Эта работа не только подтверждает осуществимость схемы SNS-TF-QKD на чрезвычайно больших расстояниях, но также демонстрирует, что этот протокол может достигать высоких скоростей передачи ключей во многих практических сценариях.

Успех этого исследования имеет важное значение для развития безопасной квантовой связи. Это открывает новые возможности для распределения квантовых ключей на большие расстояния и открывает путь для реализации высокоскоростных междугородных сетей квантовой связи.

Больше информации: Ян Лю и др., Экспериментальное распределение квантовых ключей в двух полях на расстоянии 1000 км по оптоволокну, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.210801.

Информация журнала:Письма о физических отзывах

Предоставлено Университетом науки и технологий Китая.