Protokollet att skicka-eller-inte-sända tvillingfält (SNS-TF) har hittills visat sig vara en mycket lovande strategi för att uppnå höga hastigheter över långa avstånd i applikationer för kvantnyckeldistribution (QKD). Faktiskt, genom att tolerera stora felinställningsfel, detta protokoll kan överträffa den repeaterlösa gränsen på mer effektiva sätt, vilket är en avgörande faktor för förverkligandet av långdistans QKD.

Jian-Wei Pan, Qiang Zhang, Xiang-Bin Wang och andra forskare vid University of Science and Technology i Kina och Tsinghua University har nyligen uppnått ett aldrig tidigare skådat QKD-överföringsavstånd med hjälp av SNS-TF-protokollet. Deras papper, publicerad i Fysiska granskningsbrev , rapporterar QKD med en säker nyckelfördelning som bryter den repeaterlösa gränsen över en 509 km lång optisk fiber.

"Med hjälp av protokollet skicka-eller-inte-sända tvillingfält (SNS-TF), vi insåg säker kvantnyckeldistribution (QKD) över 509 km, vilket är ett nytt rekord säkert avstånd i QKD över fiber, "Qiang Zhang, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Ett av de viktiga målen med vår studie var att framgångsrikt bryta den absoluta nyckelhastighetsgränsen för repeaterlös QKD, med vilken mätanordning som helst."

SNS-TF-protokollet utvecklades och introducerades i en tidigare forskningssatsning av några av forskarna som skrev den senaste artikeln. I tidigare studier, protokollet visade sig vara mycket fördelaktigt för QKD-applikationer, speciellt för att uppnå långdistansöverföring.

I deras senaste arbete, Zhang och hans kollegor implementerade SNS-TF QKD-protokollet genom att framkalla en enfotonnivå, första ordningens interferens mellan två oberoende lasrar. Dessa två oberoende lasrar kombinerades med en fjärrstyrd frekvenslåsningsteknik, i slutändan möjliggör QKD-överföring över oöverträffade avstånd. I deras experiment, forskarna använde också supraledande singelfotondetektorer med hög räknehastighet och detektionseffektivitet.

"Vi antog teknik som vanligtvis används i forskning om tidsfrekvensspridning och låste två oberoende lasrars frekvens i en ultrasmal laserkavitet, " sa Zhang. "Då, vi tidsmultiplexade starkt laserljus som fasreferens med kvantsignalen i en fiber. Det starka ljuset inducerade massor av brus, räknas, men vi utnyttjade många filtreringsmetoder för att undvika detta."

Genom att använda deras SNS-TF-metod, forskarna uppnådde en säker styrränta vid 509 km, över sju gånger högre än den relativa repeterlösa bundna QKD, och med samma upptäcktsförlust. Anmärkningsvärt, nyckelhastigheten de uppnådde är också högre än den som uppnås med mer traditionella QKD-protokoll som körs på en perfekt repeaterlös QKD-enhet.

"Vi gav experimentellt ett nytt rekord för fiber-QKD-överföringsavstånd och visade att det bryter den absoluta nyckelhastighetsgränsen för repeaterlös QKD, " sade Zhang. "I vår framtida forskning, vi planerar att utforska högre styrränta och längre avstånd."

I deras senaste studie, forskarna samlade in nya bevis som bekräftar potentialen hos SNS-TF QKD-protokollet och visade hur detta schema kan kombineras med tekniska verktyg för att uppnå höga säkra nyckelsatser över långa distributionsavstånd. Deras arbete kan snart möjliggöra storskalig implementering av QKD med relativt höga styrräntor på 200-300 km, vilket kan vara särskilt användbart för utvecklingen av QKD-nätverk i staden. Faktiskt, att tillämpa sin teknik på QKD huvudledningar kan bidra till att minska pålitliga reläer, vilket resulterar i effektivare QKD.

© 2020 Science X Network