Nowy rekord długodystansowej komunikacji kwantowej
Laboratorium badawcze firmy Toshiba Europe w Cambridge osiągnęło kamień milowy w zakresie długodystansowej komunikacji kwantowej, zrealizowanej dzięki wykorzystaniu światłowodów o długości przekraczającej 600 kilometrów. Osiągnięcie to było możliwe dzięki wsparciu w ramach finansowanych przez UE projektów OPENQKD oraz QCALL. Nowoczesna technologia komunikacji umożliwi długodystansowy przesył informacji zabezpieczonych kwantową kryptografią. To również duży krok w kierunku stworzenia kwantowego internetu. Kwantowy internet to globalna sieć urządzeń kwantowych zajmujących się wymianą informacji na dłuższe dystanse w oparciu o prawa mechaniki kwantowej. Jeszcze niedawno tego typu rozwiązania były wyłącznie przedmiotem rozważań autorów fantastyki naukowej, jednak kwantowy internet staje się faktem i celem dążeń wielu krajów na świecie. Stworzenie takiej sieci umożliwiłoby szybkie rozwiązywanie w chmurze złożonych problemów dotyczących optymalizacji. Pozwoliłoby też na precyzyjne globalne synchronizowanie działań i bezpieczną komunikację na całym świecie. Jednakże zanim kwantowy internet będzie mógł stać się rzeczywistością, trzeba najpierw pokonać pewne przeszkody. Jednym z najtrudniejszych problemów jest przesyłanie kwantowych bitów (kubitów) na duże odległości z wykorzystaniem światłowodów. Kubity są podstawowymi elementami składowymi procesów informacji kwantowej. Mają ogromny potencjał, ale są też często bardzo delikatne i podatne na błędy z uwagi na ich interakcje z otoczeniem. Oznacza to między innymi, że rozszerzanie się i kurczenie światłowodów w wyniku zmian warunków panujących w ich otoczeniu (np. wahań temperatury) prowadzi do zakłócenia delikatnych kubitów zakodowanych jako opóźnienie fazy słabego impulsu optycznego przechodzącego przez światłowód.
Dwie długości fal
Badacze z Toshiba Europe wykazali, że komunikacja kwantowa jest możliwa na rekordową odległość 600 kilometrów dzięki zastosowaniu metody stabilizacji opartej na dwóch pasmach. W ramach tej metody dwa optyczne sygnały referencyjne wysyła się na dwóch różnych długościach fal, aby zminimalizować fluktuacje fazy w przypadku wykorzystania długich światłowodów – to właśnie stąd pochodzi nazwa dual-band, oznaczająca podwójne pasmo. Pierwszy sygnał usuwa zmienne fluktuacje, zaś drugi (wysłany na tej samej długości fali co kubity) służy do regulacji fazy. Umożliwiło to badaczom utrzymanie stałości optycznej fazy sygnału kwantowego w ułamku długości fali, nawet w przypadku światłowodów o długości kilkuset kilometrów. Jak opisano w komunikacie prasowym opublikowanym w „Fiber Optics Online”, pierwszym zastosowaniem nowej metody stabilizacji jest długodystansowa dystrybucja kluczy kwantowych (ang. quantum key distribution, QKD). QKD zabezpiecza komunikację poprzez zastosowanie kryptografii i umożliwia użytkownikom wykrywanie wszelkich prób podsłuchu. Zespół Toshiba Europe po raz pierwszy zademonstrował działanie QKD w przypadku wykorzystania światłowodów o długości przekraczającej 600 kilometrów. „To wyjątkowo interesujący rezultat”, zauważył Mirko Pittaluga z Toshiba Europe w tym samym komunikacie. „Dzięki opracowanym przez nas nowym technikom dalsze wydłużenie dystansu komunikacji na potrzeby technologii QKD jest nadal możliwe, zaś nasze rozwiązania można również zastosować do innych protokołów i zastosowań komunikacji kwantowej”, kontynuował Pittaluga, będący również głównym autorem badania opublikowanego w czasopiśmie „Nature Photonics”, sfinansowanego w ramach projektów OPENQKD (Open European Quantum Key Distribution Testbed) oraz QCALL (Quantum Communications for ALL). Dzięki najnowszym osiągnięciom możliwe będzie połączenie urządzeń kwantowych z różnych krajów i kontynentów, pominięcie węzłów pośrednich oraz urzeczywistnienie wizji kwantowego internetu przyszłości. Więcej informacji: strona projektu OPENQKD strona projektu QCALL
Słowa kluczowe
OPENQKD, QCALL, kwantowy internet, komunikacja kwantowa, światłowód, kubit, dystrybucja kluczy kwantowych, QKD
