Лазерный мир

Прямая безопасная квантовая связь (QSDC) — технология, которая использует квантовое запутывание как средство защиты данных, передаваемых по незащищенным линиям связи. В отличие от квантового распределения ключей, при котором квантовые эффекты используются только для передачи ключа шифрования, в QSDC квантовое запутывание применяется ко всем передаваемым данным. Подробнее об этой технологии «Хайтек» рассказывал ранее.

Ключевыми ограничениями этой технологии остаются существенное количество ошибок при передаче данных, низкая скорость и ограниченное расстояние, на которое могут быть отправлены сообщения. В своей новой работе исследователи из Университета Цинхуа в Китае разработали новый протокол для QSDC, который объединяет временное кодирование состояния фотонов для мониторинга сигнала и квантовые состояния для передачи реальных сообщений.
Исследователи полагают, что такой подход поможет защититься от квантовых ошибок и поляризации света. Они также считают, что новый протокол делает системы более надежными, что, в свою очередь, приводит к снижению частоты ошибок. А это позволяет увеличить расстояние, на которое могут отправляться сообщения.

Для тестирования работы протокола исследователи собрали установку, работающую на основе лазера с частотой повторений 50 МГц, которую, как отмечают авторы работы, можно легко модернизировать до 1 ГГц. Использование установки помогло передать информацию на расстояние около 102,2 км (предыдущий рекорд — 18 км). Ученые подчеркивают, что созданная ими система значительно увеличила секретность за счет достижения сверхнизкой частоты квантовых битовых ошибок (менее 0,1%), что на порядок меньше, чем у существующих систем. 

Экспериментальная установка. FPGA — программируемая пользователем вентильная матрица, ATT — аттенюатор, PC — контролер поляризации, ILP — волоконно-оптический поляризатор, CIR — оптический циркулятор, PBS — поляризационный светоделитель, FC —оптический ответвитель с делением сигнала 90:10, PMFC — оптический ответвитель с сохранением поляризации, PM — фазовый модулятор, IM — модулятор интенсивности с коэффициентом ослабления 45,1 дБ, ISO — изолятор, FR — вращатель Фарадея с углом вращения 90°, SPD — детектор одиночных фотонов на основе сверхпроводящих нанопроводников с эффективностью обнаружения более 85%, частотой темнового счета 50 Гц и временем сброса 15 нс. Источник: Haoran Zhang et al., Light: Science and Applications

Ключевым ограничением новой системы остается, как отмечают исследователи, низкая скорость передачи данных — всего 0,54 бит/с. Однако авторы работы считают, что этого достаточно для отправки зашифрованного сообщения или телефонного звонка. 

Ученые полагают, что возможность передавать защищенные данные на расстояние свыше 100 км позволяет создать междугородные сети с использованием нового протокола QSDC на основе имеющихся у нас технологий. Защищенный обмен, по мнению авторов, сможет заменить отдельные наиболее уязвимые сегменты интернета, чтобы защитить чувствительные данные от хакеров.

Источник: https://hightech.fm/2022/04/20/distance-quantum-communication