De wereld heeft voor het eerst de kwantumsleutellimiet doorbroken

De wereld heeft voor het eerst de kwantum-keylimiet doorbroken. De key rate van de echte enkelvoudige fotonbron is met 79% gestegen.

Quantum Key Distribution(QKD) is een encryptietechnologie gebaseerd op kwantumfysische principes en biedt een groot potentieel voor het verbeteren van de communicatiebeveiliging. Deze technologie verzendt encryptiesleutels met behulp van de kwantumtoestanden van fotonen of andere deeltjes. Omdat deze kwantumtoestanden niet kunnen worden gerepliceerd of gemeten zonder hun toestand te veranderen, wordt het voor kwaadwillenden aanzienlijk moeilijker om de communicatie tussen beide partijen te onderscheppen zonder gedetecteerd te worden. Vanwege de moeilijkheid om echte enkelvoudige-fotonbronnen (SPS) te ontwikkelen, vertrouwen de meeste kwantumsleuteldistributiesystemen (QKD) die momenteel worden ontwikkeld op verzwaktelichtbronnendie enkele fotonen simuleren, zoals laserpulsen met lage intensiteit. Omdat deze laserpulsen ook geen of meerdere fotonen kunnen bevatten, kan slechts ongeveer 37% van de pulsen in het systeem worden gebruikt om beveiligingssleutels te genereren. Chinese onderzoekers hebben onlangs de beperkingen van het eerder voorgestelde kwantumsleuteldistributiesysteem (QKD) met succes overwonnen. Ze hebben gebruikgemaakt van echte enkelvoudige-fotonbronnen (SPS, dat wil zeggen systemen die op verzoek individuele fotonen kunnen uitzenden).

Het hoofddoel van de onderzoekers is het bouwen van een fysiek systeem dat in staat is om op verzoek enkele fotonen met hoge helderheid uit te zenden, en daarmee de fundamentele beperkingen te overwinnen waarmee de verzwakte lichtbronnen die in het verleden werden gebruikt voor de constructie van kwantumsleuteldistributiesystemen (QKD) te kampen hadden. Hun hoop is dat dit systeem de betrouwbaarheid en prestaties van kwantumsleuteldistributietechnologie (QKD) kan verbeteren en daarmee de basis kan leggen voor toekomstige toepassing in de praktijk. Momenteel heeft het experiment veelbelovende resultaten opgeleverd, omdat is gebleken dat hun SPS een extreem hoge efficiëntie heeft en de snelheid waarmee deQKD-systeemgenereert beveiligingssleutels. Over het algemeen benadrukken deze bevindingen het potentieel van SPS-gebaseerde QKD-systemen, wat aangeeft dat hun prestaties die van WCP-gebaseerde QKD-systemen aanzienlijk kunnen overtreffen. "We hebben voor het eerst aangetoond dat de prestaties van QKD op basis van SPS de fundamentele snelheidslimiet van WCP overschrijden", aldus de onderzoekers. In de veld-QKD-test van het vrije-ruimte stedelijke kanaal met een verlies van 14,6 (1,1) dB bereikten we een veilige sleutelsnelheid (SKR) van 1,08 × 10−3 bits per puls, wat 79% hoger was dan de werkelijke limiet van het QKD-systeem op basis van zwak coherent licht. Momenteel is het maximale kanaalverlies van het SPS-QKD-systeem echter nog steeds lager dan dat van het WCP-QKD-systeem. Het lagere kanaalverlies dat de onderzoekers observeerden in hun quantum key distribution (QKD)-systeem kwam niet voort uit het systeem zelf, maar werd toegeschreven aan het resterende multifotoneffect in het decoy-vrije protocol dat ze gebruikten. In het kader van toekomstig onderzoek hopen ze de verliestolerantie van het systeem te verbeteren door de prestaties van de enkelvoudige-fotonenbron (SPS) in de onderste laag van het systeem verder te optimaliseren of door bait-toestanden in het systeem te introduceren. Verwacht wordt dat voortdurende technologische vooruitgang de ontwikkeling van kwantumsleuteldistributie (QKD) geleidelijk zal bevorderen richting praktische en algemene toepassingen.