Sikker informationsoverførsel over 500m fiberforbindelser baseret på kvanteteknologier

Kvantehemmelig kommunikation realiserer sikker informationstransmission baseret på kvanteprincipper. På nuværende tidspunkt, de mest udviklede kvantehemmelige kommunikationsordninger er baseret på kvantnøglefordeling. I disse ordninger, kvantefunktionen er begrænset til at realisere hemmelig nøglegenerering og transmission, mens informationsoverførslen stadig afhænger af klassisk kommunikationsteknologi.

Sådanne ordninger er nu modne nok til kommercielle applikationer. På den anden side, forskere inden for kvantekommunikation bruger stadig deres bestræbelser på at udforske nye kommunikationsordninger baseret på kvanteinformationsteorier og -teknologier, som ligger ud over kvantnøglefordeling.

Et repræsentativt emne er kvantesikker direkte kommunikation (QSDC). Den første QSDC-protokol er baseret på kvanteindvikling blev foreslået i 2000 af Prof. Long på Tsinghua University, Kina. Det er blevet teoretisk undersøgt, men der har ikke været noget gennembrud i eksperimenter til denne protokol. Årsagen er, at det kræver mange komplicerede kvantefunktioner, f.eks. Sammenviklet Bell -tilstandsgenerering, Bell state måling og kvantehukommelser for fotoner, som er svære at realisere.

For nylig, Prof. Zhangs gruppe på Tsinghua University indså det første sammenfiltringsbaserede QSDC-eksperiment baseret på teknologier inden for fiberoptik, hvor to optiske fibre på 500 meter bruges som kvantekanaler. For det første, i henhold til kravet om sammenfiltringsbaseret QSDC, de foreslog og udviklede en ny fiberbaseret kvantelyskilde til polarisering, der sammenfiltrede Bell-statens generation ved telekommunikationsbånd.

Nøglespørgsmålet for denne kvante lyskilde er, hvordan man deler de to fotoner i et par, som både er indviklet i polarisering og degenererer frekvensen. Forskerne introducerer vektorspontan, fire-bølge blandingseffekter i en fiber Sagnac-loop tovejs, opdeling af de to fotoner i et par ved to-foton-interferenseffekten ved udgangsportene i fiber-Sagnac-sløjfen. Denne kvante lyskilde baner vejen for at realisere den sammenfiltringsbaserede QSDC over optiske fibre. Derefter, forskerne etablerede det eksperimentelle system for sammenfiltringsbaseret QSDC-baseret på fiberoptiske teknologier, realisering af polarisationen sammenfiltret Bell state målesystem af fiberkomponenter og brug af dispersionsforskydede fibre som kvantehukommelser for fotoner. I dette system, de demonstrerede to afgørende funktioner for sammenfiltringsbaseret QSDC med succes, sikkerhedstest ved måling af polarisationsindvikling og kodning/dekodningsprocesser baseret på manipulation og måling af polarisationsindviklede Bell -tilstande. Eksperimentelle resultater viste, at den sammenfiltringsbaserede QSDC kunne realiseres over fiberforbindelser.

Dette arbejde er det første sammenfiltringsbaserede QSDC-eksperiment med fulde funktioner, ved hjælp af optiske fibre på 500 meter som kvantekanaler og realisere alle funktionerne baseret på fiberoptiske teknologier, herunder polarisering sammenfiltret Bell state generation og måling, og kvanteminderne. Det viser, at QSDC kan realiseres ved hjælp af optiske kommunikationsteknologier på hylden, hvilket foretrækkes til dets fremtidige applikationer i optiske fibernet.