Первая в мире крупномасштабная сеть квантового распределения ключей охватила 3700 км
Технологии квантовых чипов и квантовых сетей вышли на новый уровень. Китай построил первую в мире крупномасштабную сеть квантового распределения ключей на базе интегральных фотонных квантовых чипов.
Результаты прорывного эксперимента опубликованы в журнале Nature, передает «Синьхуа». Сеть поддерживает параллельную связь для 20 пользователей и обеспечивает совокупную сетевую емкость до 3700 километров; и то, и другое — рекордные показатели.
Квантовое распределение ключей позволяет передавать ключ посредством квантовых состояний, обеспечивая шифрование информации и гарантируя безопасность связи. Двухпольное квантовое распределение ключей (twin-field QKD) — одна из передовых технологий в этой области, обладающая преимуществами для дальней квантовой связи и возможностью совместного использования ресурсов. Однако из-за исключительно высоких требований к источникам излучения и модулирующим компонентам, интеграция таких систем на чипах долгое время была непосильной задачей. До сих пор эта технология применялась преимущественно в точечных (point-to-point) схемах, а построение оставалось недоступным.
На факультете физики Пекинского университета разработали серию высокопроизводительных, полностью функциональных интегральных фотонных квантовых чипов для клиентских узлов (фосфид индия) и центрального сервера (оптическая микрорезонаторная частотная гребенка на нитриде кремния, выполняющая роль задающего генератора). Главным своим достижением авторы считают высокий процесс годных компонентов — до 97,5%.
Сеть использует протокол двухпольного квантового распределения ключей в сочетании с технологией волнового мультиплексирования, что позволило эффективно решить проблемы фазовых искажений и сигнальных помех. Экспериментально подтверждено, что даже при передаче сигнала по оптоволокну на расстояние в 370 км система сохраняет низкий уровень ошибок, а скорость генерации ключа превышает теоретический линейный предел.
Рецензенты Nature оценили исследование в положительном ключе. По их мнению, сеть на базе квантовых чипов обладает превосходной способностью к масштабированию и, без сомнения, «окажет существенное влияние на область квантовой связи».
Исследование стало примером того, как интегральная фотоника стимулирует развитие квантовой связи, уверен возглавлявший его академик Гун Цихуан. По его словам, полученные результаты представляют собой реальное решение для построения крупномасштабных сетей квантовой связи на чипах и имеют большое значение для миниатюризации, практической реализации и масштабирования подобных систем.
