Установлен новый мировой рекорд — ученые достигли распределения квантовых ключей на 1002 км
Сотрудники из Университета Цинхуа, Цзинаньского института квантовых технологий и Шанхайского института микросистем и информационных технологий (SIMIT) и ученые из Китайского университета науки и технологии (USTC) Китайской академии наук (CAS) достигли двухточечного распределения квантовых ключей (QKD) на расстоянии 1002 км. Эта веха не только устанавливает новый мировой рекорд для нерелейной КРК, но и обеспечивает решение для высокоскоростной междугородной квантовой связи. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters 25 мая.
Экспериментальная установка. На станции Чарли два лазера (λ 1 = 1548,51 и λ 2 = 1550,12 нм) синхронизированы по частоте со сверхстабильным резонатором, затем объединены и переданы Алисе (Бобу) через 450 (450 км) катушек одномодового волокна. На станции Алисы (Боба) λ 2 регенерируется с помощью оптической фазовой автоподстройки частоты (OPLL). Свет λ 2 кодируется в тусклую опорную фазу и квантовый сигнал с временным мультиплексированием, затем комбинируется с λ 1 сильная опорная фаза с мультиплексированием по длине волны. Сигналы от Алисы и Боба передаются Чарли для помех. Результаты интерференции измеряются с помощью SNSPD. Дополнительные SNSPD используются для контроля интенсивности сигнала у Алисы и Боба, поляризации и относительной задержки у Чарли. светоделитель (БС); поляризационные светоделители (ППС); модулятор интенсивности (ИМ), фазовый модулятор (ФМ); аттенюатор (АТТ); плотное мультиплексирование с разделением по длине волны (DWDM); оптический циркулятор (ЦИР); волоконный усилитель, легированный эрбием (EDFA); модуль компенсации дисперсии (DCM); электронный контроллер поляризации (EPC).
Авторы и права: Письма с физическим обзором (2023 г.). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.210801
QKD основана 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 КРК было ограничено такими факторами, как потери в канале и системный шум.
В эксперименте была продемонстрирована двухпольная QKD (TF-QKD) с использованием протокола отправки или не отправки (SNS), улучшающая соотношение между ключевой скоростью и коэффициентом пропускания канала от линейного η до его квадратного корня η. Следовательно, он может обеспечить гораздо большее безопасное расстояние, чем традиционные протоколы QKD.
Чтобы достичь QKD на большие расстояния, исследовательская группа сотрудничала с Yangtze Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company (YOFC) и использовала волокно со сверхмалыми потерями на основе технологии сердцевины из чистого кварца, которая достигла максимального затухания 0,16 дБ / км. SIMIT разработал сверхпроводящие однофотонные детекторы со сверхмалым уровнем шума.
За счет применения нескольких фильтров при температурах 40 К и 2,2 К для подавления темных 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, уменьшив системный шум до уровня ниже 0,01 Гц.
Основываясь на вышеупомянутых технологических разработках, команда достигла TF-QKD на рекордном расстоянии 1002 км с ключевой скоростью 0,0034 бит/с. Эта работа не только подтверждает осуществимость схемы SNS-TF-QKD на очень больших расстояниях, но также демонстрирует, что этот протокол может достигать высоких скоростей ключей во многих практических сценариях.
Успех этого исследования имеет большое значение для продвижения безопасной квантовой связи. Он открывает новые возможности для передачи квантовых ключей на большие расстояния и прокладывает путь к реализации высокоскоростных междугородних сетей квантовой связи.
