Китайці розробили вдосконалений метод квантової комунікації

Китайська дослідницька група розробила новий метод квантового зв’язку, спроектувавши відкриту конфігурацію двопольового квантового розподілу ключів (QKD), що забезпечує безпечний зв’язок на відстані понад 615 км.

Згідно з результатами дослідження, нещодавно опублікованими в журналі Nature Communications, передача з використанням нової конфігурації вимагає лише половини оптичного волокна, яке зазвичай вимагається для звичайних закритих каналів. Це нововведення, яке є перспективним для побудови глобальної квантової мережі в країні.

Один із основних методів квантового зв’язку, QKD може безпечно обмінюватися криптографічними ключами, відомими лише між спільними сторонами.

З усіх протоколів QKD подвійне поле є найбільш життєздатним рішенням для міжміського захищеного оптоволоконного зв’язку. Користувачі зв’язку обох сторін повинні незалежно передавати власні оптичні поля, щоб зустрітися на проміжній станції для втручання в двополеву конфігурацію QKD.

Потім результат інтерференції використовується двома користувачами для узгодження інформації, тому важливо підтримувати взаємну фазу стабільною. Однак на практиці фаза різко змінюється, спричинена різницею частот між лазерами з обох сторін і швидкими коливаннями фази довгого волокна.

Щоб вирішити цю проблему, у попередніх конфігураціях подвійного поля QKD була використана гігантська та ресурсоефективна структура інтерферометра, що означає, що крім основного квантового волокна між двома сторонами QKD, для оптичної частоти потрібне додаткове волокно, яке називається службовим волокном. розповсюдження, сказав Юань Чжилян, головний науковий співробітник Пекінської академії квантових інформаційних наук (BAQIS).

Дослідницька група під керівництвом Юаня представила нову техніку, яка стабілізує відкритий канал без використання закритого інтерферометра чи службового волокна, і успішно досягла квантового зв’язку на відстані 615,6 км.

Чжоу Лай, член команди з BAQIS, пояснив свої висновки, зазначивши, що в традиційних методах для квантового зв’язку між двома об’єктами, віддаленими приблизно в 615 км, необхідні дві лінії, тоді як у новому методі достатньо однієї лінії.

У QKD з подвійним полем і відкритою конфігурацією команда застосувала технологію оптичного частотного гребінця, щоб замінити звичайне службове волокно для калібрування частоти лазерів з обох сторін квантового зв’язку, реалізуючи точну передачу інформації.

Чжоу проілюстрував частотний гребінець як перетворення променя світла з однією частотою в кілька променів світла з різними частотами, які «розділені, як ряд зубів на гребінці».

Технологія частотної гребінки виконує додаткову функцію вирішення проблеми дрейфу волокна, яка неминуче виникає під час квантового зв’язку на великій відстані, сказав Чжоу, пояснивши, що гребінець працює, значно зменшуючи вплив шуму на квантові сигнали, таким чином забезпечуючи точність передачі інформації на великі відстані.

Під час інтерв’ю команда продемонструвала результати своїх досліджень через оптичне волокно з діаметром серцевини близько 10 мікрон і довжиною 615 км, успішно завершивши міжміський квантовий зв’язок.

Двопольна система QKD з відкритою конфігурацією все ще є відносно великою, і команда зараз працює над розробкою фотонного чіпа розміром 1 квадратний сантиметр для інтеграції різних модулів пристроїв, що використовуються в системі QKD, сказав Юань.

«Як тільки чіп буде успішно розроблено, пристрої, які використовуються для квантового зв’язку, можна буде носити з собою, як портативні ноутбуки», — додав він.