Et 15-bruger kvantesikkert direkte kommunikationsnetværk

Quantum Secure Direct Communication (QSDC) baseret på sammenfiltring kan direkte overføre fortrolige oplysninger. Videnskabsmand i Kina udforskede et QSDC-netværk baseret på tid-energi-sammenfiltring og sumfrekvensgenerering. Resultaterne viser, at når to brugere udfører QSDC over 40 kilometer optisk fiber, og informationsoverførselshastigheden kan opretholdes ved 1Kbp/s. Vores resultat lægger grundlaget for realiseringen af ​​satellitbaserede langdistancer og globale QSDC i fremtiden.

Kvantekommunikation har præsenteret et revolutionerende trin i sikker kommunikation på grund af dens høje sikkerhed for kvanteoplysningerne, og mange kommunikationsprotokoller er blevet foreslået, f.eks. protokollen for kvantesikker direkte kommunikation (QSDC). QSDC baseret på sammenfiltring kan direkte overføre fortrolige oplysninger. Ethvert angreb af QSDC resulterer kun i tilfældigt tal, og kan ikke få nyttige oplysninger fra den. Derfor, QSDC har enkle kommunikationstrin og reducerer potentielle smuthuller, og giver høje sikkerhedsgarantier, som garanterer kvantekommunikationens sikkerhed og værdipropositioner generelt. Imidlertid, manglende evne til samtidigt at skelne mellem de fire sæt kodede ortogonale sammenfiltrede tilstande i sammenfiltringsbaserede QSDC-protokoller begrænser dens praktiske anvendelse. Desuden, det er vigtigt at opbygge kvantenetværk for at kunne anvende brede anvendelser af kvantesikker direkte kommunikation. Eksperimentel demonstration af QSDC er hårdt påkrævet.

I et nyt papir udgivet i Let videnskab og applikation , et hold forskere, ledet af professor Xianfeng Chen fra State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Kina og professor Yuanhua Li fra Institut for Fysik, Jiangxi Normal University, Kina har undersøgt et QSDC-netværk baseret på tidsenergi-sammenfiltring og sumfrekvensgenerering (SFG). De præsenterer et fuldt tilsluttet sammenfiltringsbaseret QSDC-netværk, der omfatter fem undernet, med 15 brugere. Ved hjælp af frekvenskorrelationer mellem de femten fotonpar via tidsdelingsmultiplexering og tæt bølgelængdeopdelingsmultiplexering (DWDM), de udfører et 40 kilometer fiber QSDC-eksperiment ved at indeholde to-trins transmission mellem hver bruger. I denne proces, netværksprocessoren opdeler spektret af enkeltfotonkilden i 30 kanaler fra International Telecommunication Union (ITU). Med disse kanaler, der vil være en sammenfaldshændelse mellem hver bruger ved at udføre en Bell-state-måling baseret på SFG. Dette gør det muligt at identificere de fire sæt kodede sammenfiltrede tilstande samtidigt uden eftervalg.

Det er velkendt, at sikkerheden og pålideligheden af ​​informationsoverførslen til QSDC er en væsentlig del i kvantenetværket. Derfor, de implementerede bloktransmission og trin-for-trin transmissionsmetoder i QSDC med estimering af hemmeligholdelseskapaciteten for kvantekanalen. Efter at have bekræftet sikkerheden i kvantekanalen, den legitime bruger udfører pålideligt kodnings- eller afkodningsoperationer inden for disse ordninger.

Disse forskere opsummerer eksperimentresultaterne af deres netværksskema:

"Resultaterne viser, at når to brugere udfører QSDC over 40 kilometer optisk fiber, troskaben til den sammenfiltrede stat, som de deler, er stadig større end 95%, og informationsoverførselshastigheden kan opretholdes ved 1 Kbp/s. Vores resultat viser gennemførligheden af ​​et foreslået QSDC -netværk, og lægger derfor grundlaget for realiseringen af ​​satellitbaserede langdistancer og globale QSDC i fremtiden. "

"Med denne ordning, hver bruger forbinder med andre gennem delte par af sammenfiltrede fotoner i forskellige bølgelængder. I øvrigt, det er muligt at forbedre informationsoverførselshastigheden større end 100 Kbp/s for højeffektive detektorer, samt højhastighedsstyring i modulator, der bruges "tilføjede de.

"Det er værd at bemærke det nuværende arbejde, som tilbyder langdistance-punkt-til-punkt QSDC-forbindelse, kombineret med det nyligt foreslåede sikre repeater kvante netværk af QSDC, som tilbyder sikker ende-til-ende-kommunikation i hele kvante-internettet, vil muliggøre opbygningen af ​​et sikkert kvantenetværk ved hjælp af nutidens teknologi, realisere QSDC's store potentiale i fremtidig kommunikation. "forudser forskerne.