جهان برای اولین بار از مرز کلید کوانتومی عبور کرد

جهان برای اولین بار از مرز کلید کوانتومی عبور کرده است. نرخ کلید منبع تک فوتونی واقعی ۷۹ درصد افزایش یافته است.

توزیع کلید کوانتومی(QKD) یک فناوری رمزگذاری مبتنی بر اصول فیزیک کوانتومی است و پتانسیل بالایی در افزایش امنیت ارتباطات نشان می‌دهد. این فناوری کلیدهای رمزگذاری را با استفاده از حالت‌های کوانتومی فوتون‌ها یا ذرات دیگر منتقل می‌کند. از آنجایی که این حالت‌های کوانتومی را نمی‌توان بدون تغییر حالت‌هایشان تکرار یا اندازه‌گیری کرد، رهگیری محتوای ارتباطی بین دو طرف بدون شناسایی شدن را برای طرف‌های مخرب به شدت افزایش می‌دهد. به دلیل دشواری در تهیه منابع تک فوتونی واقعی (SPS)، اکثر سیستم‌های توزیع کلید کوانتومی (QKD) که در حال حاضر توسعه یافته‌اند، به منابع ضعیف متکی هستند.منابع نورکه فوتون‌های منفرد، مانند پالس‌های لیزر با شدت کم را شبیه‌سازی می‌کنند. از آنجایی که این پالس‌های لیزر ممکن است حاوی هیچ فوتونی یا چندین فوتون نباشند، تنها حدود ۳۷٪ از پالس‌های مورد استفاده در سیستم می‌توانند برای تولید کلیدهای امنیتی استفاده شوند. محققان چینی اخیراً با موفقیت بر محدودیت‌های سیستم توزیع کلید کوانتومی (QKD) که قبلاً پیشنهاد شده بود، غلبه کرده‌اند. آنها از منابع تک فوتونی واقعی (SPS، یعنی سیستم‌هایی که قادر به انتشار فوتون‌های منفرد در صورت تقاضا هستند) استفاده کرده‌اند.

هدف اصلی محققان، ساخت یک سیستم فیزیکی است که قادر به انتشار فوتون‌های تکی با روشنایی بالا در صورت نیاز باشد و از این طریق بر محدودیت‌های اساسی منابع نوری ضعیف مورد استفاده در گذشته برای ساخت سیستم‌های توزیع کلید کوانتومی (QKD) غلبه کند. امید آنها این است که این سیستم بتواند قابلیت اطمینان و عملکرد فناوری توزیع کلید کوانتومی (QKD) را افزایش دهد و از این طریق پایه و اساس استقرار آینده آن در محیط‌های دنیای واقعی را بنا نهد. در حال حاضر، این آزمایش به نتایج بسیار امیدوارکننده‌ای دست یافته است زیرا مشخص شده است که SPS آنها از راندمان بسیار بالایی برخوردار است و به طور قابل توجهی سرعت ... را افزایش می‌دهد.سیستم QKDکلیدهای امنیتی تولید می‌کند. به طور کلی، این یافته‌ها پتانسیل سیستم‌های QKD مبتنی بر SPS را برجسته می‌کنند و نشان می‌دهند که عملکرد آنها می‌تواند به طور قابل توجهی از سیستم‌های QKD مبتنی بر WCP پیشی بگیرد. محققان گفتند: «ما برای اولین بار نشان داده‌ایم که عملکرد QKD مبتنی بر SPS از حد نرخ اساسی WCP فراتر می‌رود.» در آزمایش QKD میدانی کانال شهری فضای آزاد با تلفات 14.6(1.1) دسی‌بل، به نرخ کلید امن (SKR) 1.08 × 10−3 بیت در هر پالس دست یافتیم که 79٪ بیشتر از حد واقعی سیستم QKD مبتنی بر نور ضعیف همدوس بود. با این حال، در حال حاضر، حداکثر تلفات کانال سیستم SPS-QKD هنوز کمتر از سیستم WCP-QKD است. تلفات کانال پایین‌تر مشاهده شده توسط محققان در سیستم توزیع کلید کوانتومی (QKD) آنها از خود سیستم ناشی نمی‌شد، بلکه به اثر چند فوتونی باقیمانده در پروتکل بدون طعمه که در حال اجرا بودند، نسبت داده می‌شد. به عنوان بخشی از تحقیقات آینده، آنها امیدوارند با بهینه‌سازی بیشتر عملکرد منبع تک فوتونی (SPS) در لایه پایینی سیستم یا معرفی حالت‌های طعمه به سیستم، تحمل اتلاف سیستم را افزایش دهند. اعتقاد بر این است که پیشرفت مداوم فناوری به تدریج توسعه توزیع کلید کوانتومی (QKD) را به سمت کاربردهای عملی و عمومی ارتقا خواهد داد.