Stuttgart chạy QKD dựa trên vướng víu từ chấm lượng tử qua cáp quang đã lắp đặt trong khuôn viên

Nhóm do Stuttgart dẫn đầu tạo ra 14,2 Mbit khóa bí mật qua 1,59 km cáp quang khuôn viên bằng photon vướng víu từ chấm lượng tử được chuyển sang băng tần viễn thông.

Trang này được dịch từ tiếng Anh. Tên công ty, sản phẩm và liên kết nguồn được giữ nguyên. Đọc bản gốc tiếng Anh

Một nhóm do Đại học Stuttgart dẫn đầu đã thực hiện phân phối khóa lượng tử (QKD) dựa trên vướng víu qua một tuyến cáp quang đã lắp đặt sẵn, sử dụng photon từ một chấm lượng tử bán dẫn thay vì laser suy hao hay tinh thể phi tuyến mà phần lớn hệ thống thực địa dựa vào. Trong bản tiền ấn phẩm Deployed entanglement-based BBM92 quantum key distribution using frequency-converted photons emitted by a quantum dot công bố ngày 27/10, 17 tác giả báo cáo tốc độ khóa bí mật 206 Hz được duy trì trong 19 giờ tại khuôn viên Stuttgart-Vaihingen.

Nội dung công bố

Theo phần tóm tắt, tuyến liên kết dài 1,59 km cáp quang đã lắp đặt và tạo ra tổng cộng 14,2 Mbit khóa bí mật, được nhóm dùng để mã hóa và giải mã một hình ảnh màu. Quantum Computing Report cho biết Đại học Saarland và Leibniz IFW Dresden cũng tham gia, và mô tả việc mã hóa hình ảnh là one-time pad (mật mã dùng một lần).

Chi tiết kỹ thuật

Nguồn phát là một chấm lượng tử gali arsenua chế tạo bằng phương pháp khắc giọt (droplet-etched); nó phát ra các cặp photon vướng víu phân cực ở bước sóng khoảng 780 nm với tốc độ kích thích 1 GHz. Vì bước sóng này truyền kém trong cáp quang viễn thông tiêu chuẩn, nhóm dùng chuyển đổi tần số lượng tử để đưa một photon của mỗi cặp sang băng tần viễn thông mà vẫn giữ được vướng víu phân cực. Theo QCR, một bộ chuyển đổi kiểu Sagnac với hiệu suất nội tại tới 50% đã dịch photon từ 779,8 nm sang 1515 nm.

Các số liệu khác QCR nêu:

độ trung thực 91,4% so với trạng thái Bell mục tiêu trong cửa sổ trùng phùng 275 picô giây;
tổng suy hao 1,09 dB trên tuyến cáp nối phòng thí nghiệm với tủ thu ở một khu khác của khuôn viên, có hệ thống theo dõi phân cực bằng động cơ;
tốc độ khóa thô 504 Hz và khóa bí mật 206 Hz với tỷ lệ lỗi bit lượng tử trung bình 4,70%, dưới ngưỡng 11% của giao thức BBM92;
sửa lỗi bằng các khối LDPC 5.000 bit và khuếch đại bảo mật bằng băm Toeplitz.

Theo QCR, việc kiểm tra phân cực hằng giờ bằng các bản sóng có động cơ giữ cho liên kết ổn định suốt 19 giờ, còn những sụt giảm nhỏ về thông lượng được cho là do trôi nhiệt ở một bộ lọc băng hẹp.

Vì sao quan trọng

Chấm lượng tử có thể phát photon theo yêu cầu, tránh được sự đánh đổi cơ bản giữa độ sáng và phát xạ đa photon không mong muốn ở các nguồn laser và tinh thể. Điểm yếu của chúng lâu nay là bước sóng. Theo các tác giả, thí nghiệm cho thấy một nguồn photon vướng víu sáng, tốc độ cao, một bộ chuyển đổi tần số hiệu quả và đồng bộ thời gian chính xác đến picô giây có thể cùng hoạt động trong một mạng thực địa thực sự — một bước tiến tới mạng lượng tử lai.

Điều cần theo dõi

Kết quả được trình bày trong bản tiền ấn phẩm chưa qua bình duyệt. Khoảng cách ở quy mô khuôn viên. Các câu hỏi tiếp theo là phương pháp có còn hoạt động ở khoảng cách quy mô đô thị và trong mạng nhiều nút hay không, và tốc độ khóa bí mật có tăng khi hiệu suất nguồn và bộ chuyển đổi được cải thiện hay không.