I ett viktigt steg mot praktisk implementering av säker kvantbaserad kommunikation, forskare har visat säker mätningsenhetsoberoende kvantnyckeldistribution (MDI-QKD) över en rekordstor 170 kilometer.

QKD kan erbjuda ogenomtränglig kryptering genom att använda ljusets kvantegenskaper för att generera säkra slumpmässiga nycklar mellan användare för kryptering och dekryptering av onlinedata. Det mätutrustningsoberoende QKD-protokollet är bland de säkraste och mest praktiska eftersom det är immun mot attacker riktade mot detektionsenheterna som mäter kvantegenskaperna hos enskilda fotoner.

Qin Wang från Nanjing University of Posts and Telecommunications kommer att diskutera demonstrationen om principen vid den inledande OSA Quantum 2.0-konferensen för att samlokaliseras som en helt virtuell händelse med OSA Frontiers in Optics and Laser Science APS/DLS (FiO + LS) konferens 14-17 september.

"Vi undersöker trestatliga MDI-QKD-protokollet med okarakteriserade källor och genomför en experimentell demonstration, där det tillåter ofullkomlig tillståndsförberedelse och det enda antagandet är att de förberedda tillstånden är i ett tvådimensionellt Hilbert-utrymme, "sa Wang." Detta arbete förbättrar avsevärt både säkerheten och genomförbarheten för QKD under nuvarande teknik. "

Öka säkerheten över långa sträckor

Även om QKD har visats på relativt långa avstånd, det har varit svårt att uppnå detta med höga överföringshastigheter samtidigt som säkerheten bibehålls. För att övervinna denna utmaning, Wang utvecklade ett nytt MDI-QKD-överföringsprotokoll som använder fotoner med tre karakteriserade kvanttillstånd för att koda data.

Standard MDI-QKD-protokollet kan motstå alla potentiella detekteringshål; tyvärr, det förutsätter fortfarande perfekt tillståndsförberedelse som kan vara en stor utmaning i praktiken. För att skydda mot ofullkomligheter i statsförberedelserna, några motåtgärder har framförts. Yin et al. föreslog en metod som kallas MDI-QKD med okarakteriserade källor genom att införliva felaktiga data som normalt kasseras från beräkningen av fasfelhastigheten. Baserat på Yin och andras arbete, forskargruppen utvecklade ett praktiskt schema, där inte bara en förbättrad fasuppskattningsmetod, men också ett enkelt trestatsschema implementeras för att uppnå väsentligt förbättrad prestanda jämfört med andra MDC-QKD-system som inte är karakteriserade eller förlusttoleranta.

Med hjälp av en toppmodern experimentell installation för kodning och detektion, forskarna visade att det nya QKD -tillvägagångssättet kan överföra nycklar över längre avstånd och med högre hastigheter (10 ^-7 /pulsfrekvens) än andra liknande mätutrustningsoberoende QKD-protokoll. Teoretiska beräkningar visade att säker överföring kan vara möjlig över sträckor upp till 200 kilometer.

Det nuvarande arbetet kan vidareutvecklas genom att antingen införliva antingen den högeffektiva lokkestatningsmetoden eller de nya föreslagna tvåfält QKD-protokollen.