Stuttgart realiza QKD basada en entrelazamiento desde un punto cuántico sobre fibra desplegada en su campus

Un equipo liderado por Stuttgart generó 14,2 Mbit de clave segura sobre 1,59 km de fibra del campus con fotones entrelazados de un punto cuántico convertidos a la banda telecom.

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Un equipo liderado por la Universidad de Stuttgart ha realizado distribución cuántica de claves (QKD) basada en entrelazamiento sobre un enlace de fibra instalado usando fotones de un punto cuántico semiconductor, en lugar de los láseres atenuados o los cristales no lineales en los que se apoyan la mayoría de los sistemas de campo. En un preprint titulado Deployed entanglement-based BBM92 quantum key distribution using frequency-converted photons emitted by a quantum dot, publicado el 27 de octubre, los 17 autores informan de una tasa de clave segura de 206 Hz mantenida durante 19 horas a través del campus de Stuttgart-Vaihingen.

Qué se anunció

Según el resumen, el enlace cubría 1,59 km de fibra desplegada y produjo en total 14,2 Mbit de clave segura, que el equipo utilizó para cifrar y descifrar una imagen en color. Quantum Computing Report afirma que en la colaboración participaron también la Universidad del Sarre y el Leibniz IFW Dresden, y describe el cifrado de la imagen como un cuaderno de un solo uso (one-time pad).

Los detalles técnicos

La fuente es un punto cuántico de arseniuro de galio grabado por gotas (droplet-etched) que emite pares de fotones entrelazados en polarización cerca de 780 nm, excitado a una tasa de 1 GHz. Como esa longitud de onda viaja mal por la fibra de telecomunicaciones estándar, el equipo usó conversión cuántica de frecuencia para desplazar un fotón de cada par al rango de telecomunicaciones conservando el entrelazamiento de polarización. QCR informa de que la conversión llevó los fotones de 779,8 nm a 1515 nm en un convertidor de tipo Sagnac con una eficiencia interna de hasta el 50 %.

Otras cifras publicadas por QCR:

una fidelidad del 91,4 % respecto al estado de Bell objetivo, dentro de una ventana de coincidencia de 275 picosegundos;
una pérdida total de 1,09 dB en el enlace de fibra, que conecta un laboratorio con un rack receptor situado en otro punto del campus con seguimiento motorizado de la polarización;
una tasa de clave bruta de 504 Hz y una tasa segura de 206 Hz, con una tasa media de error de bits cuánticos del 4,70 %, por debajo del límite del 11 % del protocolo BBM92;
corrección de errores con bloques LDPC de 5.000 bits y amplificación de privacidad mediante hashing de Toeplitz.

QCR señala que las comprobaciones horarias de polarización con láminas de onda motorizadas mantuvieron estable el enlace durante las 19 horas, con pequeñas caídas de rendimiento atribuidas a la deriva térmica de un filtro de banda estrecha.

Por qué importa

Los puntos cuánticos pueden emitir fotones bajo demanda, lo que evita un compromiso básico de las fuentes basadas en láseres y cristales entre brillo y emisiones multifotón no deseadas. Su inconveniente ha sido la longitud de onda. Los autores afirman que el experimento demuestra que una fuente brillante de fotones entrelazados que funciona a altas tasas, un convertidor de frecuencia eficiente y una sincronización temporal a nivel de picosegundos pueden operar juntos en una red real desplegada, un paso hacia las redes cuánticas híbridas.

Qué vigilar

Los resultados son un preprint y aún no han pasado revisión por pares. La distancia es de escala de campus. Las siguientes preguntas son si el enfoque se sostiene en distancias metropolitanas y redes de varios nodos, y si las tasas de clave segura pueden aumentar a medida que mejoren las eficiencias de la fuente y del convertidor.