Kinesiska forskare har etablerat världens första integrerade kvantkommunikationsnätverk, kombinerar över 700 optiska fibrer på marken med två mark-till-satellitlänkar för att uppnå kvantnyckelfördelning över ett totalt avstånd av 4, 600 kilometer för användare över hela landet. Laget, ledd av Jianwei Pan, Yuao Chen, Chengzhi Peng från University of Science and Technology of China in Hefei, rapporterade i Natur deras senaste framsteg mot det globala, praktisk tillämpning av ett sådant nätverk för framtida kommunikation.

Till skillnad från konventionell kryptering, kvantkommunikation anses vara ohackelbar och därför framtiden för säker informationsöverföring för banker, elnät och andra sektorer. Kärnan i kvantkommunikation är kvantnyckeldistribution (QKD), som använder partikelkvanttillstånd - t.ex. fotoner - för att bilda en sträng av nollor och enor, medan eventuell avlyssning mellan avsändaren och mottagaren kommer att ändra denna sträng eller nyckel och märks omedelbart. Än så länge, den vanligaste QKD -tekniken använder optiska fibrer för överföringar över flera hundra kilometer, med hög stabilitet men betydande kanalförlust. En annan stor QKD-teknik använder ledigt utrymme mellan satelliter och markstationer för sändningar på tusen kilometer. 2016, Kina lanserade världens första kvantkommunikationssatellit (QUESS, eller Mozi/Micius) och uppnådde QKD med två markstationer som är 2, 600 km från varandra. År 2017, över 2, 000 km långt optiskt fibernät färdigställdes för QKD mellan Peking och Shanghai.

Med betrodda reläer, det markbaserade fibernätet och satellit-till-jord-länkarna integrerades för att betjäna mer än 150 industriella användare över hela Kina, inklusive statliga och lokala banker, kommunala elnät, och e-förvaltningswebbplatser. Detta arbete visar att kvantkommunikationsteknik kan användas för framtida storskaliga praktiska tillämpningar. Liknande, ett globalt kvantkommunikationsnätverk kan upprättas om nationella kvantnätverk från olika länder kombineras, och om universitet, institutioner och företag samlas för att standardisera relaterade protokoll, hårdvara.

Under de senaste åren, laget testade och förbättrade utförandet av olika delar av det integrerade nätverket. Till exempel, med en ökad klockfrekvens och mer effektivt QKD -protokoll, satellit-till-jord-QKD har nu en genomsnittlig nyckelgenereringshastighet på 47,8 kilobit per sekund, vilket är 40 gånger högre än den tidigare kursen. Forskarna har också skjutit rekordet för markbaserat QKD till mer än 500 km med hjälp av en ny teknik som kallas tvåfältskvartal QKD (TF-QKD).

Nästa upp, teamet kommer att ytterligare utöka nätverket i Kina och med sina internationella partners från Österrike, Italien, Ryssland och Kanada. De siktar också på att utveckla småskaliga, kostnadseffektiva QKD-satelliter och markbaserade mottagare, samt medelstora och höga jordbana-satelliter för att uppnå all-time, tiotusen km-nivå QKD.