Встановлено новий рекорд дальності передачі квантової інформації по оптоволокну

Група вчених з Науково-технічного університету Китаю і університету Цінхуа свого часу розробили і довели до досконалості протокол обміну інформацією під назвою SNS-TF (Sending-or-Not-Sending Twin-Field), який є найефективнішим рішенням для реалізації технології квантового розподілу ключів шифрування (quantum key distribution, QKD), які працюють на великих відстанях і використовують оптоволокно в якості середовища передачі інформації. Вбудована в цей протокол технологія автоматичної корекції помилок дозволила здійснити передачу квантових ключів на рекордну відстань в 509 кілометрів, не використовуючи при цьому ніяких проміжних підсилювачів або ретрансляторів сигналу.

Відзначимо, що розробка протоколу SNS-TF була виконана цією ж групою китайських вчених в ході їх попередньої роботи. Уже тоді стало зрозуміло, що цей протокол ідеально підходить для реалізації технології QKD, що працює на великих відстанях. Але для можливості практичного використання цього протоколу вченим потрібно якийсь час на його модифікацію і доопрацювання використовуваних апаратних і програмних засобів.

Проведена модернізація апаратних засобів дозволила вченим отримати безпрецедентний контроль на рівні одиничних фотонів, створюючи взаємодії першого порядку між світлом двох незалежних лазерів. При цьому, ці два лазера були синхронізовані з високою точністю за допомогою методу так званого віддаленого захоплення частоти. Більш того, вченим довелося розробити і виготовити надпровідні датчики одиничних фотонів, здатні працювати з високою швидкістю і забезпечують необхідну роздільну здатність.

«Ми взяли за основу технологію, як правило, використовується для досліджень частотно-часового розподілу сигналів, і при її допомоги захопили частоту світла двох лазерів в надвузькою» западині «оптичного резонатора» — пишуть дослідники, — «В результаті цього ми отримали дуже сильний оптичний сигнал, мультиплексируемость за часом, фаза якого була носієм квантової інформації. Цей дуже яскраве світло, потрапивши в оптоволокно, порушив оптичний шум досить сильною амплітуди і нам довелося використовувати відразу кілька методо фільтрації для того, щоб позбутися від впливу цього шуму «.

І на завершення слід зазначити, що дистанція 509 кілометрів, на якій технологія QKD SNS-TF зберігала стабільність своєї роботи, більш ніж в сім разів перевищує дистанцію, на якій могли працювати інші реалізації технології QKD без використання підсилювачів і повторювачів сигналів. Більш того, отримана швидкість передачі інформації ключів шифрування також перевершила аналогічний показник інших систем, в тому числі і працюючих в ідеальних умовах лабораторних установок.

«У нашої подальшої роботи ми будемо прагнути до збільшення швидкості передачі ключів і до збільшення відстані» — пишуть дослідники, — «Проте, технологія QKD SNS-TF, в тому вигляді, в якому вона існує сьогодні, вже годиться для створення безпечних квантових мереж, довжина сегментів яких буде перебувати в межах від 200 до 300 кілометрів «. Джерело