สตุตการ์ตทำ QKD แบบอาศัยความพัวพันจากควอนตัมดอตผ่านไฟเบอร์ที่ติดตั้งในวิทยาเขต

ทีมที่นำโดยสตุตการ์ตสร้างกุญแจลับ 14.2 Mbit ผ่านไฟเบอร์วิทยาเขตยาว 1.59 กม. ด้วยโฟตอนพัวพันจากควอนตัมดอตที่แปลงไปยังย่านความถี่โทรคมนาคม

หน้านี้แปลจากภาษาอังกฤษ โดยชื่อบริษัท ชื่อผลิตภัณฑ์ และลิงก์แหล่งข้อมูลยังคงเดิม อ่านต้นฉบับภาษาอังกฤษ

ทีมที่นำโดยมหาวิทยาลัยสตุตการ์ตได้ทำการแจกจ่ายกุญแจเชิงควอนตัม (QKD) แบบอาศัยความพัวพันผ่านลิงก์ไฟเบอร์ที่ติดตั้งไว้แล้ว โดยใช้โฟตอนจากควอนตัมดอตสารกึ่งตัวนำแทนเลเซอร์ที่ลดทอนกำลังหรือผลึกไม่เชิงเส้นที่ระบบภาคสนามส่วนใหญ่ใช้ ในพรีปรินต์ Deployed entanglement-based BBM92 quantum key distribution using frequency-converted photons emitted by a quantum dot ที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 27 ตุลาคม ผู้เขียน 17 คนรายงานอัตรากุญแจลับ 206 Hz ที่คงอยู่ได้นาน 19 ชั่วโมงในวิทยาเขตสตุตการ์ต-ไฟฮิงเงิน (Vaihingen)

สิ่งที่ประกาศ

ตามบทคัดย่อ ลิงก์นี้ครอบคลุมไฟเบอร์ที่ติดตั้งแล้วยาว 1.59 กม. และสร้างกุญแจลับรวม 14.2 Mbit ซึ่งทีมใช้เข้ารหัสและถอดรหัสภาพสี Quantum Computing Report รายงานว่ามหาวิทยาลัยซาร์ลันด์และ Leibniz IFW Dresden ร่วมในงานนี้ด้วย และอธิบายการเข้ารหัสภาพว่าเป็นแบบ one-time pad

รายละเอียดทางเทคนิค

แหล่งกำเนิดคือควอนตัมดอตแกลเลียมอาร์เซไนด์ที่สร้างด้วยวิธี droplet-etched ซึ่งปล่อยคู่โฟตอนที่พัวพันเชิงโพลาไรเซชันที่ความยาวคลื่นราว 780 นาโนเมตร ด้วยอัตรากระตุ้น 1 GHz เนื่องจากความยาวคลื่นนี้เดินทางในไฟเบอร์โทรคมนาคมมาตรฐานได้ไม่ดี ทีมจึงใช้การแปลงความถี่เชิงควอนตัมย้ายโฟตอนหนึ่งตัวของแต่ละคู่ไปยังย่านโทรคมนาคมโดยยังคงความพัวพันเชิงโพลาไรเซชันไว้ ตามข้อมูลของ QCR ตัวแปลงแบบ Sagnac ที่มีประสิทธิภาพภายในสูงสุด 50% เลื่อนโฟตอนจาก 779.8 นาโนเมตรไปเป็น 1515 นาโนเมตร

ตัวเลขอื่นที่ QCR รายงาน:

ค่าความเที่ยงตรง 91.4% เทียบกับสถานะเบลล์เป้าหมายในหน้าต่างการตรวจจับพร้อมกัน 275 พิโควินาที
การสูญเสียรวม 1.09 dB บนลิงก์ไฟเบอร์ที่เชื่อมห้องปฏิบัติการกับตู้รับสัญญาณอีกจุดหนึ่งในวิทยาเขต พร้อมระบบติดตามโพลาไรเซชันแบบมอเตอร์
อัตรากุญแจดิบ 504 Hz และอัตรากุญแจลับ 206 Hz ที่อัตราความผิดพลาดบิตควอนตัมเฉลี่ย 4.70% ต่ำกว่าเกณฑ์ 11% ของโปรโตคอล BBM92
การแก้ความผิดพลาดด้วยบล็อก LDPC ขนาด 5,000 บิต และการขยายความเป็นส่วนตัวด้วยแฮช Toeplitz

ตามข้อมูลของ QCR การตรวจโพลาไรเซชันทุกชั่วโมงด้วยแผ่นคลื่นแบบมอเตอร์ทำให้ลิงก์เสถียรตลอด 19 ชั่วโมง ส่วนการลดลงเล็กน้อยของปริมาณงานเกิดจากการเลื่อนเชิงความร้อนของตัวกรองแถบแคบ

ทำไมจึงสำคัญ

ควอนตัมดอตปล่อยโฟตอนได้ตามต้องการ จึงเลี่ยงการแลกเปลี่ยนพื้นฐานระหว่างความสว่างกับการปล่อยหลายโฟตอนที่ไม่ต้องการในแหล่งกำเนิดแบบเลเซอร์และผลึก จุดอ่อนของมันที่ผ่านมาคือความยาวคลื่น ผู้เขียนระบุว่าการทดลองนี้แสดงให้เห็นว่าแหล่งโฟตอนพัวพันที่สว่างและอัตราสูง ตัวแปลงความถี่ที่มีประสิทธิภาพ และการซิงโครไนซ์เวลาความแม่นยำระดับพิโควินาที สามารถทำงานร่วมกันในเครือข่ายภาคสนามจริงได้ ซึ่งเป็นก้าวสู่เครือข่ายควอนตัมแบบไฮบริด

สิ่งที่ต้องจับตา

ผลลัพธ์นำเสนอในพรีปรินต์ที่ยังไม่ผ่านการประเมินโดยผู้ทรงคุณวุฒิ ระยะทางอยู่ในระดับวิทยาเขต คำถามถัดไปคือแนวทางนี้จะยังใช้งานได้ในระยะระดับเมืองและในเครือข่ายหลายโหนดหรือไม่ และอัตรากุญแจลับจะเพิ่มขึ้นหรือไม่เมื่อประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดและตัวแปลงดีขึ้น