שטוטגרט הפעילה QKD מבוסס שזירה מנקודה קוונטית על סיב שהותקן בקמפוס

צוות בהובלת שטוטגרט הפיק 14.2 מגה-ביט של מפתח סודי על פני 1.59 ק"מ של סיב בקמפוס, בעזרת פוטונים שזורים מנקודה קוונטית שהומרו לפס התקשורת.

עמוד זה תורגם מאנגלית. שמות החברות והמוצרים וקישורי המקור נותרו ללא שינוי. לקריאת המקור באנגלית

צוות בהובלת אוניברסיטת שטוטגרט הפעיל הפצת מפתח קוונטית (QKD) מבוססת שזירה על קו סיב אופטי שכבר הותקן, בעזרת פוטונים מנקודה קוונטית מוליכה-למחצה ולא מלייזרים מוחלשים או מגבישים לא-ליניאריים שעליהם נשענות רוב מערכות השטח. בטיוטת המאמר Deployed entanglement-based BBM92 quantum key distribution using frequency-converted photons emitted by a quantum dot שפורסמה ב-27 באוקטובר, 17 מחברים מדווחים על קצב מפתח סודי של 206 הרץ שנשמר במשך 19 שעות בקמפוס שטוטגרט-פאיהינגן (Vaihingen).

מה הוכרז

לפי התקציר, הקישור השתרע על 1.59 ק"מ של סיב מותקן והפיק בסך הכול 14.2 מגה-ביט של מפתח סודי, שבו הצפין הצוות תמונה צבעונית ופענח אותה. Quantum Computing Report מדווח שאוניברסיטת זארלנד ו-Leibniz IFW Dresden השתתפו גם הם, ומתאר את הצפנת התמונה כפנקס חד-פעמי (one-time pad).

פרטים טכניים

המקור הוא נקודה קוונטית מגליום ארסניד שיוצרה בשיטת droplet-etched; היא פולטת זוגות פוטונים שזורים בקיטוב באורך גל של כ-780 ננומטר בקצב עירור של 1 GHz. מאחר שאורך גל זה אינו מתפשט היטב בסיבי תקשורת סטנדרטיים, הצוות השתמש בהמרת תדר קוונטית כדי להעביר פוטון אחד מכל זוג לפס התקשורת תוך שמירה על שזירת הקיטוב. לפי QCR, ממיר מסוג Sagnac עם יעילות פנימית של עד 50% הסיט את הפוטונים מ-779.8 ננומטר ל-1515 ננומטר.

נתונים נוספים ש-QCR מדווח:

נאמנות של 91.4% ביחס למצב בל המטרה בחלון צירוף של 275 פיקו-שניות;
הפסד כולל של 1.09 dB בקו הסיב המחבר את המעבדה לארון המקלט בחלק אחר של הקמפוס, עם מעקב קיטוב ממונע;
קצב מפתח גולמי של 504 הרץ וקצב מפתח סודי של 206 הרץ בשיעור שגיאת ביטים קוונטית ממוצע של 4.70%, מתחת לסף של 11% בפרוטוקול BBM92;
תיקון שגיאות בבלוקי LDPC של 5,000 ביט והגברת פרטיות בגיבוב Toeplitz.

לפי QCR, בדיקות קיטוב שעתיות בעזרת לוחות גל ממונעים שמרו על יציבות הקישור לאורך כל 19 השעות, וירידות קלות בתפוקה יוחסו לסחיפה תרמית במסנן צר-פס.

למה זה חשוב

נקודות קוונטיות יכולות לפלוט פוטונים לפי דרישה, וכך נמנעת הפשרה היסודית בין בהירות לבין פליטה לא רצויה של כמה פוטונים במקורות לייזר וגבישים. נקודת התורפה שלהן הייתה עד כה אורך הגל. לדברי המחברים, הניסוי מראה שמקור בהיר ומהיר של פוטונים שזורים, ממיר תדר יעיל וסנכרון זמן בדיוק של פיקו-שניות יכולים לפעול יחד ברשת שטח אמיתית — צעד לעבר רשתות קוונטיות היברידיות.

למה לשים לב

התוצאות מוצגות בטיוטת מאמר שטרם עברה ביקורת עמיתים. המרחק הוא בקנה מידה של קמפוס. השאלות הבאות הן אם הגישה תמשיך לפעול במרחקים עירוניים וברשתות מרובות צמתים, והאם קצב המפתח הסודי יעלה ככל שתשתפר יעילות המקור והממיר.