22 марта 2023, среда, 09:58 22

Китайские ученые разработали улучшенный метод квантовой связи

Редактор: Тимофій Борзенко

Композитное фото показывает наземную станцию квантовой связи в Синлуне, провинция Хэбэй на севере Китая. Фото: Синьхуа/Цзин Ливанг.

Китайская исследовательская группа разработала новый метод квантовой связи, установив открытую конфигурацию двухполевого квантового распределения ключей (QKD), обеспечивающую безопасную связь на расстоянии более 615 км. Об этом сообщило Информационное агентство Синьхуа.

Согласно результатам исследования, опубликованных в журнале Nature Communications, для передачи с использованием новой конфигурации требуется вдвое меньше оптического волокна, чем обычно требуется для стандартных закрытых каналов.

Один из основных методов квантовой связи, QKD может безопасно обмениваться криптографическими ключами, известными только между общими сторонами.

Из всех протоколов QKD двойное поле является наиболее жизнеспособным решением для защищенной оптоволоконной связи на большие расстояния. Пользователи связи обеих сторон должны независимо передавать свои собственные через оптические поля, чтобы встретиться на промежуточной станции для помех в конфигурации QKD с двумя полями.

Затем результат используется двумя сторонами для согласования их информации, поэтому важно поддерживать стабильность взаимной фазы. Однако на практике фаза сильно меняется из-за разницы частот между лазерами с обеих сторон и быстрой флуктуации фазы длинного волокна.

"Чтобы решить эту проблему, в предыдущих конфигурациях QKD с двойным полем была принята гигантская и неэффективная с точки зрения ресурсов структура интерферометра, а это означает, что помимо необходимого квантового волокна между двумя сторонами QKD для оптического соединения требуется дополнительное волокно, называемое служебным волокном частотного распространения", – отметил главный научный сотрудник Пекинской академии квантовых информационных наук (BAQIS) Юань Чжилян.

Исследовательская группа под руководством Юаня представила новую технику, которая стабилизирует открытый канал без использования закрытого интерферометра или служебного волокна, и успешно установила квантовую связь на расстоянии 615,6 км.

Чжоу Лай, член команды BAQIS, объяснил свои выводы, отметив, что "в традиционных методах для квантовой связи между двумя точками, находящимися на расстоянии около 615 км друг от друга, необходимы две линии, а в новом методе достаточно одной линии".

В двухпольной QKD с их открытой конфигурацией команда применила технологию гребенки оптических частот, чтобы заменить обычное служебное волокно для калибровки частоты лазеров с обеих сторон в квантовой связи, реализуя точную передачу информации.

Чжоу проиллюстрировал частотную гребенку как преобразование луча света с одной частотой в несколько лучей света с разными частотами, которые "разделены, как ряд зубцов на гребенке".

"Технология частотной гребенки служит дополнительной функцией решения проблемы дрейфа волокна, неизбежно возникающего при квантовой связи на большие расстояния", – сказал Чжоу, пояснив, что "гребенка работает за счет значительного уменьшения влияния шума на квантовые сигналы, таким образом достигается обеспечение точности передачи информации на большие расстояния".

Во время интервью с Синьхуа команда продемонстрировала результаты своих исследований через оптическое волокно с диаметром сердцевины около 10 микрон и длиной 615 км, успешно завершив дальнюю квантовую связь.

"Двойная система QKD с открытой конфигурацией все еще относительно велика, и в настоящее время команда находится в процессе разработки фотонного чипа размером 1 квадратный сантиметр для интеграции различных модулей устройств, используемых в системе QKD", – сказал Юань.

"После того, как чип будет успешно разработан, устройства, используемые для квантовой связи, можно будет носить с собой, как портативные ноутбуки", – добавил он.