Kitajski in nemški znanstveniki z novim rekordom v kvantni kriptografiji

Mednarodna ekipa raziskovalcev je dosegla pomemben preboj na poti do neprebojnega kvantnega interneta. Uspešno so demonstrirali stabilen sistem kvantne enkripcije, ki je deloval na razdalji več kot 120 kilometrov optičnih vlaken, pri čemer so uporabili napredne polprevodniške kvantne pike za generiranje posameznih delcev svetlobe na zahtevo.

Kvantna porazdelitev ključev (QKD) velja za vrhunec sodobne kriptografije, saj obljublja praktično neuničljivo varnost. Ena izmed najbolj obetavnih tehnologij za dosego tega cilja so polprevodniške kvantne pike (SQD). Gre za drobne svetlobne vire, ki so sposobni generirati visokokakovostne posamezne fotone. Raziskovalci iz univerz v Nemčiji in na Kitajskem so zdaj prvič demonstrirali sistem QKD s časovnim kodiranjem, ki ga poganja takšna naprava v telekomunikacijskem pasu.

Časovno kodiranje, kjer se informacije shranjujejo v času prihoda fotonov, je izjemno privlačno za komunikacijo na dolge razdalje. Glavna prednost te metode je naravna odpornost na okoljske motnje, kot so temperaturna nihanja in vibracije, ki pogosto pestijo optična omrežja. Medtem ko so bili prejšnji sistemi občutljivi na zunanje dejavnike in so zahtevali nenehno ročno prilagajanje, se je novi sistem izkazal za izjemno robustnega.

V eksperimentu so znanstveniki generirali tri ločena stanja kubitov s pomočjo samostabilizacijskega kodirnika. Naprava je polarizirane fotone iz kvantne pike v telekomunikacijskem C-pasu pretvorila v šifrirane signale. Na sprejemni strani so te fotonske kubite dekodirali z aktivno stabiliziranim interferometrom s faznim premikom. Celoten sistem je preko 120 kilometrov dolge optične povezave neprekinjeno in brez ročnih posegov deloval več kot šest ur.

Dosežek ni pomemben le zaradi stabilnosti, temveč tudi zaradi hitrosti. Ekipa je poročala o najvišji stopnji varnega generiranja ključev doslej za tovrstno tehnologijo. Vir kvantnih pik je deloval s frekvenco približno 76 MHz. Tudi po dolgi poti skozi standardna vlakna je povprečna stopnja napak ostala pod 11 odstotkov.

V realnih pogojih je sistem ohranil hitrost prenosa ključa okoli 15 bitov na sekundo, kar že zadostuje za praktično uporabo pri šifriranem pošiljanju tekstovnih sporočil. Ta korak dokazuje, da je integracija polprevodniških virov fotonov v stabilna in uporabna kvantna omrežja v realnem okolju končno izvedljiva.