Świat po raz pierwszy przekroczył granicę klucza kwantowego

Świat po raz pierwszy przekroczył granicę klucza kwantowego. Wskaźnik klucza prawdziwego źródła pojedynczego fotonu wzrósł o 79%.

Dystrybucja klucza kwantowego(QKD) to technologia szyfrowania oparta na zasadach fizyki kwantowej, która wykazuje ogromny potencjał w zakresie poprawy bezpieczeństwa komunikacji. Technologia ta przesyła klucze szyfrujące za pomocą stanów kwantowych fotonów lub innych cząstek. Ponieważ tych stanów kwantowych nie można replikować ani mierzyć bez zmiany ich stanów, znacznie utrudnia to stronom atakującym przechwycenie treści komunikacji między obiema stronami bez wykrycia. Ze względu na trudności w przygotowaniu prawdziwych źródeł pojedynczych fotonów (SPS), większość obecnie opracowywanych systemów kwantowej dystrybucji klucza (QKD) opiera się na osłabionychźródła światłasymulujące pojedyncze fotony, takie jak impulsy laserowe o niskiej intensywności. Ponieważ te impulsy laserowe mogą również nie zawierać fotonów lub zawierać wiele fotonów, tylko około 37% impulsów używanych w systemie można wykorzystać do generowania kluczy bezpieczeństwa. Chińscy naukowcy niedawno z powodzeniem pokonali ograniczenia wcześniej zaproponowanego systemu kwantowej dystrybucji klucza (QKD). Wykorzystali oni autentyczne źródła pojedynczych fotonów (SPS, czyli systemy zdolne do emisji pojedynczych fotonów na żądanie).

Głównym celem badaczy jest zbudowanie systemu fizycznego zdolnego do emisji pojedynczych fotonów o wysokiej jasności na żądanie, przezwyciężając tym samym fundamentalne ograniczenia, z jakimi borykały się osłabione źródła światła stosowane w przeszłości do budowy systemów kwantowej dystrybucji klucza (QKD). Mają nadzieję, że system ten zwiększy niezawodność i wydajność technologii kwantowej dystrybucji klucza (QKD), kładąc tym samym podwaliny pod jej przyszłe wdrożenie w rzeczywistych warunkach. Obecnie eksperyment osiągnął bardzo obiecujące wyniki, ponieważ ich SPS charakteryzuje się wyjątkowo wysoką wydajnością i znacząco zwiększa szybkość, z jaką…System QKDgeneruje klucze bezpieczeństwa. Ogólnie rzecz biorąc, te odkrycia podkreślają potencjał systemów QKD opartych na SPS, wskazując, że ich wydajność może znacznie przewyższać wydajność systemów QKD opartych na WCP. „Po raz pierwszy wykazaliśmy, że wydajność QKD opartego na SPS przekracza fundamentalny limit szybkości transmisji WCP” – stwierdzili naukowcy. W teście terenowym QKD kanału miejskiego w wolnej przestrzeni, ze stratą 14,6 (1,1) dB, osiągnęliśmy bezpieczną szybkość transmisji klucza (SKR) wynoszącą 1,08 × 10−3 bitów na impuls, co stanowiło 79% więcej niż rzeczywisty limit systemu QKD opartego na słabo koherentnym świetle. Jednak obecnie maksymalna strata kanału w systemie SPS-QKD jest nadal niższa niż w systemie WCP-QKD. Niższa strata kanału zaobserwowana przez naukowców w ich systemie kwantowej dystrybucji klucza (QKD) nie wynikała z samego systemu, ale została przypisana resztkowemu efektowi wielofotonowemu w uruchomionym protokole bez wabików. W ramach przyszłych badań naukowcy mają nadzieję zwiększyć tolerancję na straty systemu poprzez dalszą optymalizację wydajności źródła pojedynczych fotonów (SPS) w dolnej warstwie systemu lub wprowadzenie do niego stanów-przynęt. Uważa się, że ciągły postęp technologiczny będzie stopniowo promował rozwój kwantowej dystrybucji klucza (QKD) w kierunku praktycznych i powszechnych zastosowań.