Čínský výzkumný tým vyvinul novou metodu pro kvantovou komunikaci díky návrhu otevřené konfigurace kvantové distribuce klíče se zdvojeným polem (QKD), čímž dosáhl bezpečné komunikace na vzdálenost více než 615 km.
Podle výsledků studie, které byly nedávno zveřejněny v časopise Nature Communications, vyžaduje přenos pomocí nové konfigurace pouze poloviční množství optických vláken, než je běžně zapotřebí u konvenčních uzavřených kanálů. Tato inovace je příslibem pro budování rozsáhlých kvantových sítí v zemi.
QKD, jedna z hlavních metod kvantové komunikace, umožňuje bezpečnou výměnu kryptografických klíčů známých pouze mezi vzájemně propojenými stranami.
Ze všech protokolů QKD je protokol se zdvojeným polem nejperspektivnějším řešením pro bezpečnou komunikaci na dlouhé vzdálenosti pomocí optických vláken. Uživatelé komunikačních sítí obou stran musí nezávisle vysílat svá vlastní optická pole, aby se v konfiguraci QKD s dvojpólem setkali na přechodové stanici, kde dojde k interferenci.
Výsledek interference pak oba uživatelé využívají pro sladění svých informací, protože je důležité udržovat vzájemnou fázi stabilní. V praxi se však tato fáze prudce mění, což je způsobeno rozdílem frekvencí mezi lasery obou stran a rychlým kolísáním fáze dlouhého vlákna.
Aby se tento problém vyřešil, předchozí konfigurace dvojpólového QKD používaly obrovskou a na zdroje neefektivní interferometrickou strukturu, což znamená, že kromě základního kvantového vlákna mezi oběma stranami QKD je pro šíření optické frekvence zapotřebí další vlákno zvané servisní vlákno, uvedl Jüan Č‘-liang, vedoucí vědecký pracovník Pekingské akademie kvantových informačních věd (BAQIS).
Výzkumný tým pod vedením Jüana představil novou metodu, která stabilizuje otevřený kanál bez použití uzavřeného interferometru nebo servisního vlákna, a úspěšně dosáhl kvantové komunikace na vzdálenost 615,6 km.
Čou Laj, člen týmu z BAQIS, přiblížil zjištění a poznamenal, že při tradičních metodách jsou pro kvantovou komunikaci mezi dvěma místy vzdálenými od sebe přibližně 615 km nutné dvě linky, zatímco při nové metodě stačí jedna linka.
V rámci QKD se zdvojeným polem s jejich otevřenou konfigurací tým použil technologii optického frekvenčního hřebenu, která nahradila konvenční servisní vlákno pro kalibraci frekvence laserů obou stran v kvantové komunikaci, čímž se realizoval přesný přenos informací.
Čou ilustroval frekvenční hřeben jako přeměnu paprsku světla s jedinou frekvencí na více paprsků světla s různými frekvencemi, které jsou »odděleny jako řada zubů na hřebenu«.
Technologie frekvenčního hřebenu plní další funkci, a to řešení problému vzájemného pohybu vláken, ke kterým nevyhnutelně dochází při kvantové komunikaci na velké vzdálenosti, uvedl Čou a vysvětlil, že hřeben funguje tak, že výrazně snižuje vliv šumu na kvantové signály. Tím se zajišťuje přesnost přenosu informací na velké vzdálenosti.
Během rozhovoru s agenturou Xinhua tým demonstroval výsledky svého výzkumu prostřednictvím optického vlákna o průměru jádra přibližně 10 mikronů a délce 615 km. Takto úspěšně realizoval kvantovou komunikaci na dlouhé vzdálenosti.
Systém zdvojeného pole QKD s otevřenou konfigurací je stále poměrně velký a tým v současné době vyvíjí fotonický čip o rozměrech jednoho centimetru čtverečního, do kterého budou integrovány různé moduly zařízení používané v systému QKD, uvedl Jüan.
»Jakmile bude čip úspěšně vyvinut, zařízení používaná pro kvantovou komunikaci by mohla být používána jako běžné přenosné notebooky,« dodal.
(Xinhua)