Ο κόσμος έχει ξεπεράσει το όριο του κβαντικού κλειδιού για πρώτη φορά

Ο κόσμος έχει ξεπεράσει το όριο του κβαντικού κλειδιού για πρώτη φορά. Ο ρυθμός κλειδιού της πραγματικής πηγής ενός φωτονίου έχει εκτοξευθεί κατά 79%.

Κατανομή Κβαντικού ΚλειδιούΗ τεχνολογία κρυπτογράφησης (QKD) βασίζεται σε κβαντικές φυσικές αρχές και παρουσιάζει μεγάλες δυνατότητες στην ενίσχυση της ασφάλειας των επικοινωνιών. Αυτή η τεχνολογία μεταδίδει κλειδιά κρυπτογράφησης χρησιμοποιώντας τις κβαντικές καταστάσεις φωτονίων ή άλλων σωματιδίων. Δεδομένου ότι αυτές οι κβαντικές καταστάσεις δεν μπορούν να αναπαραχθούν ή να μετρηθούν χωρίς να αλλάξουν οι καταστάσεις τους, αυξάνεται σημαντικά η δυσκολία για κακόβουλα μέρη να υποκλέψουν το περιεχόμενο επικοινωνίας μεταξύ των δύο πλευρών χωρίς να εντοπιστούν. Λόγω της δυσκολίας στην προετοιμασία πραγματικών πηγών ενός φωτονίου (SPS), τα περισσότερα συστήματα διανομής κβαντικού κλειδιού (QKD) που αναπτύσσονται σήμερα βασίζονται σε εξασθενημέναπηγές φωτόςπου προσομοιώνουν μεμονωμένα φωτόνια, όπως παλμούς λέιζερ χαμηλής έντασης. Δεδομένου ότι αυτοί οι παλμοί λέιζερ μπορεί επίσης να μην περιέχουν φωτόνια ή να περιέχουν πολλαπλά φωτόνια, μόνο περίπου το 37% των παλμών που χρησιμοποιούνται στο σύστημα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία κλειδιών ασφαλείας. Κινέζοι ερευνητές πρόσφατα ξεπέρασαν με επιτυχία τους περιορισμούς του προηγουμένως προτεινόμενου συστήματος κβαντικής κατανομής κλειδιών (QKD). Χρησιμοποίησαν γνήσιες πηγές ενός φωτονίου (SPS, δηλαδή συστήματα ικανά να εκπέμπουν μεμονωμένα φωτόνια κατόπιν ζήτησης).

Ο κύριος στόχος των ερευνητών είναι να κατασκευάσουν ένα φυσικό σύστημα ικανό να εκπέμπει μεμονωμένα φωτόνια υψηλής φωτεινότητας κατόπιν ζήτησης, ξεπερνώντας έτσι τους θεμελιώδεις περιορισμούς που αντιμετώπιζαν οι εξασθενημένες πηγές φωτός που χρησιμοποιούνταν στο παρελθόν για την κατασκευή συστημάτων κβαντικής κατανομής κλειδιού (QKD). Η ελπίδα τους είναι ότι αυτό το σύστημα μπορεί να βελτιώσει την αξιοπιστία και την απόδοση της τεχνολογίας κβαντικής κατανομής κλειδιού (QKD), θέτοντας έτσι τα θεμέλια για τη μελλοντική της ανάπτυξη σε πραγματικά περιβάλλοντα. Προς το παρόν, το πείραμα έχει επιτύχει πολύ πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα, επειδή η SPS τους έχει βρεθεί ότι έχει εξαιρετικά υψηλή απόδοση και αυξάνει σημαντικά τον ρυθμό με τον οποίο ηΣύστημα QKDπαράγει κλειδιά ασφαλείας. Συνολικά, αυτά τα ευρήματα υπογραμμίζουν τις δυνατότητες των συστημάτων QKD που βασίζονται σε SPS, υποδεικνύοντας ότι η απόδοσή τους μπορεί να ξεπεράσει σημαντικά αυτήν των συστημάτων QKD που βασίζονται σε WCP. «Έχουμε δείξει για πρώτη φορά ότι η απόδοση της QKD που βασίζεται σε SPS υπερβαίνει το θεμελιώδες όριο ρυθμού της WCP», ανέφεραν οι ερευνητές. Στη δοκιμή πεδίου QKD του αστικού καναλιού ελεύθερου χώρου με απώλεια 14,6(1,1) dB, επιτύχαμε έναν ασφαλή ρυθμό κλειδιού (SKR) 1,08 × 10−3 bits ανά παλμό, ο οποίος ήταν 79% υψηλότερος από το πραγματικό όριο του συστήματος QKD που βασίζεται σε ασθενώς συνεκτικό φως. Ωστόσο, προς το παρόν, η μέγιστη απώλεια καναλιού του συστήματος SPS-QKD εξακολουθεί να είναι χαμηλότερη από αυτή του συστήματος WCP-QKD. Η χαμηλότερη απώλεια καναλιού που παρατηρήθηκε από τους ερευνητές στο σύστημα κβαντικής κατανομής κλειδιού (QKD) δεν προήλθε από το ίδιο το σύστημα, αλλά αποδόθηκε στο υπολειμματικό φαινόμενο πολλαπλών φωτονίων στο πρωτόκολλο χωρίς δόλωμα που έτρεχαν. Στο πλαίσιο μελλοντικής έρευνας, ελπίζουν να βελτιώσουν την ανοχή στις απώλειες του συστήματος βελτιστοποιώντας περαιτέρω την απόδοση της πηγής ενός φωτονίου (SPS) στο κάτω στρώμα του συστήματος ή εισάγοντας καταστάσεις δολώματος στο σύστημα. Πιστεύεται ότι η συνεχής τεχνολογική πρόοδος θα προωθήσει σταδιακά την ανάπτυξη της κβαντικής κατανομής κλειδιού (QKD) προς πρακτικές και γενικές εφαρμογές.