Штутгарт провёл КРК на основе запутанности с квантовой точкой по проложенному волокну кампуса

Команда во главе со Штутгартом получила 14,2 Мбит секретного ключа по 1,59 км волокна кампуса с запутанными фотонами квантовой точки, переведёнными в телеком-диапазон.

Эта страница переведена с английского. Названия компаний и продуктов, а также ссылки на источники оставлены без изменений. Читать оригинал на английском

Команда под руководством Штутгартского университета осуществила квантовое распределение ключей (КРК, QKD) на основе запутанности по уже проложенной волоконной линии, используя фотоны полупроводниковой квантовой точки, а не ослабленные лазеры или нелинейные кристаллы, на которых основано большинство полевых систем. В препринте Deployed entanglement-based BBM92 quantum key distribution using frequency-converted photons emitted by a quantum dot, опубликованном 27 октября, 17 авторов сообщают о скорости генерации секретного ключа 206 Гц, сохранявшейся 19 часов на кампусе Штутгарт-Файинген.

Что объявлено

Согласно аннотации, линия включала 1,59 км проложенного волокна и в общей сложности дала 14,2 Мбит секретного ключа, с помощью которого команда зашифровала и расшифровала цветное изображение. Quantum Computing Report сообщает, что в работе участвовали также Саарский университет и Leibniz IFW Dresden, и описывает шифрование изображения как одноразовый блокнот (one-time pad).

Технические подробности

Источником служит квантовая точка из арсенида галлия, полученная методом капельного травления (droplet-etched); она испускает пары фотонов, запутанных по поляризации, на длине волны около 780 нм при частоте возбуждения 1 ГГц. Поскольку такое излучение плохо распространяется в стандартном телекоммуникационном волокне, команда применила квантовое преобразование частоты, чтобы перевести один фотон каждой пары в телеком-диапазон, сохранив поляризационную запутанность. По данным QCR, преобразователь типа Саньяка с внутренней эффективностью до 50% переводил фотоны с 779,8 нм на 1515 нм.

Другие показатели, приведённые QCR:

точность 91,4% относительно целевого состояния Белла в окне совпадений 275 пикосекунд;
суммарные потери 1,09 дБ на волоконной линии, которая соединяет лабораторию с приёмной стойкой в другой части кампуса и оснащена моторизованным отслеживанием поляризации;
скорость сырого ключа 504 Гц и секретного — 206 Гц при средней квантовой битовой ошибке 4,70%, что ниже порога 11% для протокола BBM92;
коррекция ошибок блоками LDPC по 5000 бит и усиление секретности с помощью хеширования Тёплица.

По данным QCR, ежечасные проверки поляризации с моторизованными волновыми пластинками поддерживали стабильность линии все 19 часов, а небольшие спады пропускной способности объяснялись тепловым дрейфом узкополосного фильтра.

Почему это важно

Квантовые точки способны испускать фотоны по запросу, что позволяет избежать фундаментального компромисса лазерных и кристаллических источников между яркостью и нежелательной многофотонной эмиссией. Их слабым местом была длина волны. По словам авторов, эксперимент показывает, что яркий источник запутанных фотонов с высокой частотой работы, эффективный преобразователь частоты и синхронизация времени с пикосекундной точностью способны работать вместе в реальной проложенной сети — это шаг к гибридным квантовым сетям.

За чем следить

Результаты представлены в препринте и ещё не прошли рецензирование. Расстояние соответствует масштабу кампуса. Следующие вопросы — сохранит ли подход работоспособность на городских расстояниях и в многоузловых сетях и вырастет ли скорость секретного ключа по мере повышения эффективности источника и преобразователя.