Впровадивши нову техніку стабілізації сигналу, дослідники змогли забезпечити безпечний квантовий зв'язок за рекордними 605 кілометрами волокна з використанням протоколу подвійного квантового розподілу ключів (QKD). Нова демонстрація відкриває шлях до передачі високонадійної, зашифрованої квантовим кодом інформації на великі відстані.
Мірко Пітталуга з Toshiba Europe Limited і його колеги представили дослідження на віртуальній конференції Frontiers in Optics + Laser Science Conference (FiO LS).
«Це дослідження вперше розширює діапазон квантового зв'язку по оптоволокну за межі 600 км, і ми думаємо, що методи, які ми тут представили, можуть бути актуальні для інших фазочутливих однофотонних додатків», - сказав Мірко Пітталуга.
"Це дозволить нам побудувати оптоволоконні мережі національного і континентального масштабу, що з'єднують великі мегаполіси. Разом із супутниковими каналами ми тепер можемо уявити собі воістину глобальні квантові мережі ", - продовжив Ендрю Шилдс, голова підрозділу квантових технологій в Toshiba Europe.
QKD дозволяє двом користувачам у різних місцях встановити загальний секретний рядок бітів шляхом обміну фотонами, які зазвичай передаються по оптичному волокну. Досягнення передачі на великі відстані - одна з найбільших проблем для практичної реалізації квантового зв'язку, тому що існує фундаментальна межа того, як далеко можуть пройти фотони, перш ніж сигнал погіршиться через розсіювання або поглинання. Хоча оптичні повторювачі вирішують цю проблему для традиційної оптоволоконної передачі даних, виявилося важким створити надійний повторювач для квантово-кодованої інформації.
Нещодавно розроблений протокол QKD з двома полями може подолати обмеження на відстань, але необхідні нові методи для його використання з волокнами довжиною понад 500 кілометрів.
У новій роботі дослідники розробили експериментальну установку і методику фазової стабілізації для двополевого QKD. Підхід стабілізації, заснований на мультиплексуванні з поділом по довжині хвилі, використовує два опорних оптичних сигнали на різних довжинах хвиль для мінімізації фазових флуктуацій на великих відстанях.
Дослідницька група продемонструвала, що новий підхід може забезпечити продуктивність ретранслятора, при цьому допускаючи оптичні втрати, що перевищують традиційну межу 100 дБ в квантовому каналі довжиною 605 кілометрів.
Вони також змогли протестувати різні варіанти протоколу TF-QKD. Новий підхід до стабілізації може також застосовуватися до інших протоколів і додатків квантового зв'язку, таких як поліпшення інтерферометричних телескопів.
Ці результати були отримані в лабораторних умовах, але нещодавно отримані експериментальні дані підтверджують застосовність цього методу стабілізації до розгорнутих у польових умовах волокнів. Команда зараз працює над проведенням подальших випробувань.