Cientistas alcançam distribuição de chaves quânticas de 1.000 km

13 de junho de 2023

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pela Universidade de Ciência e Tecnologia da China

Uma distribuição de chave quântica (QKD) ponto a ponto de longa distância ao longo de uma distância de 1.002 km foi alcançada por cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), e seus colaboradores da Universidade Tsinghua, Instituto Jinan de Tecnologia Quântica e Instituto de Microssistemas e Tecnologia da Informação de Xangai (SIMIT), CAS. Este marco não apenas estabelece um novo recorde mundial para QKD sem retransmissão, mas também fornece uma solução para comunicação quântica intermunicipal de alta velocidade. Os resultados foram publicados na Physical Review Letters em 25 de maio.

QKD é baseado nos princípios da mecânica quântica e permite a distribuição segura de chaves entre duas partes remotas. Quando combinado com o método de criptografia "one-time pad", pode atingir o mais alto nível de segurança para comunicação confidencial. No entanto, a distância do QKD foi limitada por fatores como perda de canal e ruído do sistema.

O QKD de campo duplo (TF-QKD) usando o protocolo de envio ou não envio (SNS) foi demonstrado no experimento, melhorando a relação entre a taxa de chave e a transmitância do canal de um η linear para sua raiz quadrada η. Portanto, pode alcançar uma distância segura muito maior do que os protocolos QKD tradicionais.

Para alcançar QKD de longa distância, a equipe de pesquisa colaborou com a Yangtze Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company (YOFC) e usou fibra de perda ultrabaixa baseada em tecnologia de núcleo de sílica pura, que alcançou uma atenuação máxima de 0,16 dB/km. SIMIT desenvolveu detectores supercondutores de fóton único com ruído ultrabaixo.

Ao implementar múltiplos filtros em temperaturas de 40 K e 2,2 K para suprimir contagens escuras causadas pela radiação térmica, o ruído dos detectores de fóton único foi reduzido para cerca de 0,02 cps. Além disso, a equipe também desenvolveu um esquema de estimativa de fase de banda dupla para evitar o ruído de espalhamento Raman espontâneo, reduzindo o ruído do sistema para menos de 0,01 Hz.

Com base nos desenvolvimentos tecnológicos acima mencionados, a equipe alcançou TF-QKD numa distância recorde de 1.002 km, com uma taxa chave de 0,0034 bps. Este trabalho não apenas verifica a viabilidade do esquema SNS-TF-QKD em distâncias extremamente longas, mas também demonstra que este protocolo pode atingir altas taxas de chave em muitos cenários práticos.

O sucesso deste estudo tem implicações significativas para o avanço da comunicação quântica segura. Abre novas possibilidades para distribuição de chaves quânticas de longa distância e abre caminho para a realização de redes de comunicação quântica intermunicipais de alta velocidade.

Mais Informações: Yang Liu et al, Distribuição experimental de chaves quânticas de campo duplo ao longo de 1000 km de distância de fibra, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.210801

Informações do diário:Cartas de revisão física

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