تکنیک جدید برای بهبود توزیع کلید کوانتومی در فواصل طولانی.

آزمایشی که توسط Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) روی مسافت 200 کیلومتر در ایتالیا با همکاری توشیبا اروپا انجام شد، نشان می‌دهد که تداخل سنجی لیزری همدوس به طور قابل توجهی عملکرد پروتکل‌های توزیع کلید کوانتومی را در مسافت‌های طولانی و در شبکه‌های دنیای واقعی بهبود می‌بخشد. این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.

پروتکل‌های توزیع کلید کوانتومی(QKD) این امکان را می‌دهند که کلیدهای رمزنگاری با یک امنیت ذاتی که توسط قوانین مکانیک کوانتومی تضمین شده است، بین طرف‌های دور به اشتراک گذاشته شود. این امر با انتقال فوتون های منفرد، ذرات بنیادی که نور از آنها ساخته شده است، ممکن می شود. علاقه به این موضوع بسیار فراتر از جامعه علمی است و در حال حاضر یک جایگاه استراتژیک و تجاری قوی دارد. کمیسیون اروپا، در چارچوب طرح زیرساخت ارتباطات کوانتومی اروپا، هدف خود را ادغام فناوری‌های توزیع کلید کوانتومی در خدمات و سرویس‌های خاص در سراسر اتحادیه اروپا طی 10 سال آینده اعلام کرد و موسسه INRIM با پروژه OQTAVO در طراحی این زیرساخت مشارکت خواهد داشت. یکی از موانع اصلی در راه تحقق یک شبکه کوانتومی دوربرد، «شکنندگی» سیگنال‌های کوانتومی است: حالت‌های تک فوتون دارای انرژی بسیار پایینی هستند که باعث می‌شود به سختی قابل تشخیص باشند و حتی فراتر از این، 99 درصد آنها پس از انتقال 100 کیلومتری از طریق فیبرهای نوری مخابراتی از بین می‌روند. علاوه بر این، اطلاعات حمل شده توسط حالت های تک فوتون باقی مانده به شدت دچار خطا بوده و در طی مسیر تغییر کرده‌اند. موسسه INRIM قبلاً این مشکلات را در زمینه اندازه‌شناسی(مترولوژی) بررسی کرده است و با همکاری سایرین، تکنیک‌های تداخل سنجی لیزری خاصی را توسعه داده است که امکان بازیابی اطلاعاتی را که از طریق فیبر نوری در فواصل دور منتقل می‌شوند فراهم می‌کند. امروزه، این تکنیک‌ها هسته اصلی فناوری‌ پیشرفته ساعت‌های اتمی هستند. اکنون، با هم‌افزایی تداخل سنجی لیزری همدوس، فناوری‌های تک فوتون و مترولوژی کوانتومی، INRIM نشان می‌دهد که اطلاعات موجود در حالت‌های تک فوتون را می‌توان به طور قابل‌توجهی بهبود بخشید، نرخ خطا را پایین‌ آورد و طول پیام‌های مبادله‌شده را افزایش داد. این پیشرفت‌ها راه را برای پروتکل‌های(QKD) کارآمدتر با بهره‌برداری از تکنیک توزیع کلید کوانتومی دوقلو، که در حال حاضر به عنوان امیدوارکننده‌ترین نامزد برای شبکه‌های کوانتومی دوربرد استفاده می‌‌شوند، هموار می‌کند. این آزمایش در امتداد یک دهانه 200 کیلومتری ستون فقرات کوانتومی ایتالیا انجام شد. یک زیرساخت 1800 کیلومتری که توسط موسسه INRIM برای توزیع زمان و فرکانس اتمی به منظور توسعه امکانات تحقیقاتی در شرکت‌های فناوری پیشرفته در ایتالیا و کاربردهای علمی در فیزیک بنیادی، سنجش از دور ژئوفیزیک و فناوری‌های کوانتومی توسعه یافته است.  این مطالعه همچنین نتیجه همکاری با توشیبا اروپا، شرکت پیشرو در توسعه محصولات تجاری فناوری کوانتومی و کنسرسیوم ارائه دهنده شبکه TOP-IX، فعال در سراسر شمال ایتالیا است که بخشی از زیرساخت های خود را به این تحقیق اختصاص داده است.  این هم افزایی محققان را قادر ساخت تا در مسیر توسعه یک زیرساخت ارتباطی کوانتومی اروپایی به نتایج برجسته ای دست یابند.

لینک خبر: https://phys.org/news/2022-01-technique-long-distance-quantum-key-real-world.html