Квантово-зашифрованная информация передается по оптоволокну длиной более 600 километров

Внедрив новую технику стабилизации сигнала, исследователи смогли обеспечить безопасную квантовую связь по рекордным 605 километрам волокна с использованием протокола двойного квантового распределения ключей (QKD). Новая демонстрация открывает путь к передаче высоконадежной, зашифрованной квантовым кодом информации на большие расстояния.

Мирко Питталуга из Toshiba Europe Limited и его коллеги представили исследование на виртуальной конференции Frontiers in Optics + Laser Science Conference (FiO LS).

«Это исследование впервые расширяет диапазон квантовой связи по оптоволокну за пределы 600 км, и мы думаем, что методы, которые мы здесь представили, могут быть актуальны для других фазочувствительных однофотонных приложений», — сказал Мирко Питталуга.

«Это позволит нам построить оптоволоконные сети национального и континентального масштаба, соединяющие крупные мегаполисы. Вместе со спутниковыми каналами мы теперь можем представить себе поистине глобальные квантовые сети», — продолжил Эндрю Шилдс, глава подразделения квантовых технологий в Toshiba Europe.

QKD позволяет двум пользователям в разных местах установить общую секретную строку битов путем обмена фотонами, которые обычно передаются по оптическому волокну. Достижение передачи на большие расстояния — одна из самых больших проблем для практической реализации квантовой связи, потому что существует фундаментальный предел того, как далеко могут пройти фотоны, прежде чем сигнал ухудшится из-за рассеяния или поглощения. Хотя оптические повторители решают эту проблему для традиционной оптоволоконной передачи данных, оказалось трудным создать надежный повторитель для квантово-кодированной информации.

Недавно разработанный протокол QKD с двумя полями может преодолеть ограничение на расстояние, но необходимы новые методы для его использования с волокнами длиной более 500 километров.

В новой работе исследователи разработали экспериментальную установку и методику фазовой стабилизации для двухполевого QKD. Подход стабилизации, основанный на мультиплексировании с разделением по длине волны, использует два опорных оптических сигнала на разных длинах волн для минимизации фазовых флуктуаций на больших расстояниях.

Исследовательская группа продемонстрировала, что новый подход может обеспечить производительность ретранслятора, при этом допуская оптические потери, превышающие традиционный предел 100 дБ в квантовом канале длиной 605 километров.

Они также смогли протестировать различные варианты протокола TF-QKD. Новый подход к стабилизации может также применяться к другим протоколам и приложениям квантовой связи, таким как улучшение интерферометрических телескопов.

Эти результаты были получены в лабораторных условиях, но недавно полученные экспериментальные данные подтверждают применимость этого метода стабилизации к развернутым в полевых условиях волокнам. Команда сейчас работает над проведением дальнейших испытаний.