15:41 2022-01-24
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Distribuția cheii cuantice cu două câmpuri (QKD) pe o fibră de 830 km
_ Cuantic cu câmp dublu distribuția cheilor (QKD) pe o fibră de 830 km
Prin utilizarea distribuției cheilor cuantice (QKD), criptografii cuantici pot partaja informații prin chei securizate teoretice între egali de la distanță prin protocoale bazate pe fizică. Legile fizicii cuantice dictează că fotonii care transportă semnale nu pot fi amplificați sau retransmiși prin metode optice clasice pentru a menține securitatea cuantică. Pierderea de transmisie rezultată a canalului poate limita distanța realizabilă pentru a forma o barieră uriașă pentru a construi rețele cuantice securizate la scară largă. Într-un nou raport publicat acum în Nature Photonics, Shuang Wang și o echipă de cercetare în informații cuantice, criptologie și fizică cuantică din China au dezvoltat un sistem experimental QKD pentru a tolera pierderea canalului de peste 140 dB pe o distanță sigură de 833,8 km pentru a stabili un nou raport. înregistrare pentru distribuția cheii cuantice pe bază de fibră. Folosind protocolul optimizat cu patru faze cu două câmpuri și o configurare de înaltă calitate, au obținut rate de cheie sigure care au fost cu peste două ordine de mărime mai mari decât înregistrările anterioare pe distanțe similare. Rezultatele formează o descoperire pentru a construi rețele cuantice fiabile și terestre pe o scară de 1000 km.
Criptografia cuantică și distribuția cheilor cuantice în câmp dublu (QKD)
Distribuția cheilor cuantice se bazează privind legile fundamentale ale fizicii pentru a distribui biți secreti pentru comunicarea securizată teoretică a informațiilor, indiferent de puterea de calcul nelimitată a unui potențial interceptător. Procesul a atras atenția pe scară largă în ultimele trei decenii în ceea ce privește dezvoltarea unui internet cuantic global și s-a maturizat până la implementarea în lumea reală prin rețele de fibră optică. În ciuda acestui fapt, aplicațiile mai largi ale QKD sunt limitate din cauza pierderii canalului, limitând creșterea ratei de cheie și a intervalului QKD. De exemplu, fotonii sunt purtători de chei cuantice într-o configurație QKD și pot fi pregătiți la nivelul unui singur foton pentru a fi împrăștiați și absorbiți de canalul de transmisie. Fotonii, însă, nu pot fi amplificați și, prin urmare, receptorul îi poate detecta doar cu o probabilitate foarte mică. Atunci când este transmis printr-o legătură directă pe bază de fibră de la transmițător la receptor, rata cheii poate scădea, prin urmare, odată cu distanța de transmisie. Ca rezultat, QKD cu câmp dublu poate construi o relație promițătoare de viteză-distanță pentru a depăși limitele și a obține o rată cheie secretă pe distanțe lungi. Cercetătorii au depus eforturi mari pentru a-și dezvolta teoria și pentru a demonstra experimental avantajele unice ale sistemului. Wang şi colab. a analizat rezultatele cumulate ale recentelor experimente QKD la distanță lungă bazate pe fibre pentru lungimi de fibre de peste 450 km, care se învârt în jurul protocoalelor de distribuție a cheilor cuantice în câmp dublu (TF-QKD) pentru a ilustra avantajele uriașe ale TF-QKD, subliniind în același timp progresele prezente. studiază.
Protocolul conținea cinci pași: la pasul unu, Alice și Bob au pregătit independent o stare slab coerentă cu intensitatea și probabilitățile alese aleatoriu. În pasul doi, în modul cod, Alice (sau Bob) poate alege un bit „cheie” și un bit „de bază” pentru a pregăti aleatoriu o stare coerentă slabă. În timpul pasului trei, Alice și Bob și-au trimis stările lor slabe coerente către o stație de mijloc neîncrezătoare, Charlie, care ar putea face ca stările de intrare să interfereze cu un divizor de fascicul. Configurația experimentală conținea doi detectoare cu un singur foton situate la două ieșiri distincte ale divizorului de fascicul etichetate D0 și respectiv D1, unde Charlie trebuie să anunțe public clicurile lui D0 și D1. Echipa a repetat primii trei pași de mai multe ori (etichetat Ntot). În timpul pasului patru, printre testele Ntot, doar când doar unul dintre clicurile D0 și D1 a fost reținut pentru procesare ulterioară. Alice și Bob au transmis apoi intensitățile pentru fiecare încercare reținută pentru a forma în cele din urmă șirul cheie cernut. În cele din urmă, în funcție de lungimile rezultate, Alice și Bob ar putea împărtăși un șir de chei secrete cu lungimea G, din șirul lor de chei cernut cu o probabilitate de eșec nu mai mare decât o valoare de ϵsec = 2-31 calculată în studiu.
Sistemul experimental de distribuție a cheilor cuantice cu două câmpuri (TF-QKD)
Configurația experimentală a necesitat impulsuri optice de la doi utilizatori la distanță pentru a interfera stabil în stația intermediară (Charlie). Diferența de lungime de undă și diferența de fază dintre sursele lui Alice și Bob au fost desemnate a fi relativ stabile în timp. Folosind un laser comun care rulează liber, echipa a blocat atât sursele lui Alice, cât și cele ale lui Bob pentru a-și reconcilia valorile lungimii de undă centrale și a folosit o metodă de multiplexare pe diviziune în timp pentru a compensa deviația rapidă de fază introdusă de canalele de fibră. Aceste canale de fibră au inclus canalul servo pentru a transmite lumina de la laserul comun către Alice (sau Bob) și canalul cuantic adoptat pentru a transmite semnalul multiplicat în timp de la Alice și Bob către Charlie. În timpul experimentelor, după ce au trecut prin canalele cuantice corespunzătoare și modulele de compensare a polarizării, câmpurile gemene codificate ale lui Alice și Bob au interferat cu divizorul de fascicul al lui Charlie pentru a fi detectate de către două detectoare supraconductoare cu nanofir cu un singur foton. În timpul realizării experimentale, echipa a format un sistem TF-QKD de mare viteză și zgomot redus și și-a optimizat performanța prin reducerea efectului zgomotelor provenite de la sursă, canal și detector. În comparație cu experimentele anterioare, un avantaj cheie al experimentului actual a fost lipsa cerințelor pentru amplificatoarele optice introduse pentru a crește puterea semnalelor clasice, reducând în același timp complexitatea configurației pentru ca oamenii de știință să genereze câmpuri gemene de la distanță, de înaltă calitate, cu un nivel redus. complexitate și cost.
Generarea câmpurilor duble — optimizarea configurației
Wang și colab. a redus zgomotul de la sursă și de la canalul servo pentru a dezvolta o sursă laser foarte sensibilă și asemănătoare unui repetor pentru a genera în cele din urmă câmpuri duble cu o putere de ieșire de 10 Mw. Au îmbunătățit sensibilitatea sursei laser asemănătoare unui repetor pentru a funcționa cu o putere de intrare foarte slabă, chiar și la 0,2 nW. Câmpurile duble rezultate au fost generate cu o calitate foarte înaltă, pe care le-au optimizat pentru a obține un zgomot scăzut de interferență multipath (MPI), cu vizibilitate ridicată a interferenței în canalele cuantice. Stabilitatea sistemului cu câmpuri duble a jucat un rol important pentru a colecta suficiente numărări de impulsuri cuantice, pentru ca sistemul QKD să funcționeze continuu timp de câteva săptămâni. Cea mai lungă lungime a fibrei pe care Wang și colab. ar putea menține o vizibilitate relativ ridicată a interferenței și a obține o rată de cheie pozitivă a fost de 833,80 km, cu o rată de cheie sigură de 0,014 bps după maximizarea rezultatului.
În acest fel, Shuang Wang și colegii săi au arătat cum ar putea fi realizată o distribuție a cheilor cuantice bazată pe fibre (QKD) pe o distanță de 833,8 km cu o pierdere de canal de 140 dB. Noua configurație a stabilit recorduri pentru pierderea tolerantă a canalelor și distanța lungă de transmisie a QKD pe bază de fibră, în timp ce a obținut rate de cheie sigure care au depășit experimentele anterioare de distribuție a cheilor cuantice cu două câmpuri la distanțe similare. Absența amplificatoarelor optice în configurație a ajutat la reducerea complexității și a costurilor cu potențial mare în aplicațiile de teren și de rețea. Studiul oferă un format practic pentru a extinde distanța de transmisie și a deschide calea către o gamă mai largă de experimente QKD.
© 2022 Science X Network
Comentarii:
Adauga Comentariu