Stuttgart menjalankan QKD berasaskan keterjeratan dari titik kuantum melalui gentian kampus yang dipasang

Pasukan pimpinan Stuttgart menjana 14.2 Mbit kunci rahsia melalui 1.59 km gentian kampus menggunakan foton terjerat titik kuantum yang ditukar ke jalur telekomunikasi.

Halaman ini diterjemahkan daripada bahasa Inggeris. Nama syarikat dan produk serta pautan sumber kekal tidak berubah. Baca versi asal dalam bahasa Inggeris

Satu pasukan yang dipimpin Universiti Stuttgart telah menjalankan pengagihan kunci kuantum (QKD) berasaskan keterjeratan melalui pautan gentian yang sudah dipasang, menggunakan foton daripada titik kuantum semikonduktor dan bukannya laser yang dilemahkan atau kristal tak linear yang menjadi asas kebanyakan sistem lapangan. Dalam pracetak Deployed entanglement-based BBM92 quantum key distribution using frequency-converted photons emitted by a quantum dot yang diterbitkan pada 27 Oktober, 17 pengarang melaporkan kadar kunci rahsia 206 Hz yang dikekalkan selama 19 jam di kampus Stuttgart-Vaihingen.

Apa yang diumumkan

Menurut abstrak, pautan itu merangkumi 1.59 km gentian yang dipasang dan menghasilkan sejumlah 14.2 Mbit kunci rahsia, yang digunakan pasukan untuk menyulitkan dan menyahsulitkan sebuah imej berwarna. Quantum Computing Report melaporkan bahawa Universiti Saarland dan Leibniz IFW Dresden turut terlibat, dan menyifatkan penyulitan imej itu sebagai one-time pad.

Butiran teknikal

Sumbernya ialah titik kuantum galium arsenida yang dihasilkan melalui punaran titisan (droplet-etched); ia memancarkan pasangan foton yang terjerat dari segi pengutuban pada panjang gelombang sekitar 780 nm pada kadar pengujaan 1 GHz. Oleh sebab panjang gelombang ini tidak merambat dengan baik dalam gentian telekomunikasi piawai, pasukan menggunakan penukaran frekuensi kuantum untuk memindahkan satu foton daripada setiap pasangan ke jalur telekomunikasi sambil mengekalkan keterjeratan pengutuban. Menurut QCR, penukar jenis Sagnac dengan kecekapan dalaman sehingga 50% mengalihkan foton daripada 779.8 nm kepada 1515 nm.

Angka lain yang dilaporkan QCR:

kesetiaan 91.4% terhadap keadaan Bell sasaran dalam tetingkap kebetulan 275 pikosaat;
jumlah kehilangan 1.09 dB pada pautan gentian yang menghubungkan makmal ke rak penerima di bahagian lain kampus, dengan penjejakan pengutuban bermotor;
kadar kunci mentah 504 Hz dan kadar kunci rahsia 206 Hz pada kadar ralat bit kuantum purata 4.70%, di bawah ambang 11% bagi protokol BBM92;
pembetulan ralat dengan blok LDPC 5,000 bit dan penguatan privasi menggunakan pencincangan Toeplitz.

Menurut QCR, semakan pengutuban setiap jam dengan plat gelombang bermotor memastikan pautan stabil sepanjang 19 jam, manakala penurunan kecil daya pemprosesan dikaitkan dengan hanyutan terma pada penapis jalur sempit.

Mengapa ia penting

Titik kuantum boleh memancarkan foton atas permintaan, sekali gus mengelakkan kompromi asas antara kecerahan dan pancaran berbilang foton yang tidak diingini pada sumber laser dan kristal. Kelemahannya selama ini ialah panjang gelombang. Menurut pengarang, eksperimen ini menunjukkan bahawa sumber foton terjerat yang terang dan berkadar tinggi, penukar frekuensi yang cekap dan penyegerakan masa berketepatan pikosaat boleh berfungsi bersama dalam rangkaian lapangan sebenar—satu langkah ke arah rangkaian kuantum hibrid.

Perkara untuk diperhatikan

Keputusan ini dibentangkan dalam pracetak yang belum disemak rakan setara. Jaraknya berskala kampus. Persoalan seterusnya ialah sama ada pendekatan ini kekal berfungsi pada jarak berskala bandar dan dalam rangkaian berbilang nod, serta sama ada kadar kunci rahsia meningkat apabila kecekapan sumber dan penukar bertambah baik.