Ny tilgang tager distributionen af ​​kvantnøgler videre

I et vigtigt skridt i retning af praktisk implementering af sikker kvantebaseret kommunikation, forskere har demonstreret sikker måleudstyrsuafhængig quantum key distribution (MDI-QKD) transmission over rekordstore 170 kilometer.

QKD kan tilbyde uigennemtrængelig kryptering ved hjælp af lysets kvanteegenskaber til at generere sikre tilfældige nøgler mellem brugere til kryptering og dekryptering af onlinedata. Den måleenhedsuafhængige QKD-protokol er blandt de mest sikre og praktiske, fordi den er immun mod angreb rettet mod detektionsenhederne, der måler kvanteegenskaberne for individuelle fotoner.

Qin Wang fra Nanjing University of Posts and Telecommunications vil diskutere bevis-på-princip-demonstrationen på den indledende OSA Quantum 2.0-konference, der skal samlokaliseres som en alt-virtuel begivenhed med OSA Frontiers in Optics and Laser Science APS/DLS (FiO + LS) konference 14.-17. September.

"Vi undersøger tre-tilstands MDI-QKD-protokollen med ukarakteriserede kilder og gennemfører en eksperimentel demonstration, hvor det tillader ufuldkommen statsforberedelse, og den eneste antagelse er, at de forberedte tilstande er i et todimensionalt Hilbert-rum, "sagde Wang." Dette arbejde forbedrer både sikkerheden og anvendeligheden af ​​QKD betydeligt under den nuværende teknologi. "

Øger sikkerheden over lange afstande

Selvom QKD er blevet demonstreret over relativt lange afstande, det har været svært at opnå dette med høje transmissionshastigheder og samtidig bevare sikkerheden. For at overvinde denne udfordring, Wang udviklede en ny MDI-QKD-transmissionsprotokol, der bruger fotoner med tre karakteriserede kvantetilstande til at kode data.

Standard MDI-QKD-protokollen kan modstå alle potentielle sporingshuller; desværre, det forudsætter stadig perfekt statsforberedelse, der kan være en stor udfordring i praksis. For at beskytte mod ufuldkommenheder i statsforberedelsen, nogle modforanstaltninger er blevet fremsat. Yin et al. foreslog en metode kaldet MDI-QKD med ukarakteriserede kilder ved at inkorporere data, der ikke matchede basis, der normalt kasseres fra beregningen af ​​fase-fejlrate. Baseret på Yin og andre menneskers arbejde, forskergruppen udviklede en praktisk ordning, hvor ikke kun en forbedret fasestimeringsmetode men også en simpel tre-staters ordning er implementeret for at opnå væsentligt forbedret ydeevne sammenlignet med andre ikke-karakteriserede-kilde- eller tabstolerante MDI-QKD-ordninger.

Ved hjælp af en state-of-the-art eksperimentel opsætning til kodning og detektion, forskerne viste, at den nye QKD -tilgang kunne overføre nøgler over længere afstande og med højere hastigheder (10 ^-7 /puls nøglehastighed) end andre lignende måleenhedsuafhængige QKD-protokoller. Teoretiske beregninger viste, at sikker transmission kunne være mulig over afstande op til 200 kilometer.

Det nuværende arbejde kan videreudvikles ved at inkorporere enten den meget effektive decoy-state-metode eller de nye foreslåede QKD-protokoller med to felter.