Kvantenøgledistributionsnetværk måler nøjagtigt jordvibrationer

Skematisk af eksperimentel opsætning. I Alices (Bobs) laboratorium er en frølaser låst til et ultra-lav-ekspansion (ULE) glashulrum for at opnå en subhertz linjebredde ved at bruge Pound-Drever-Hall (PDH) [41, 42] teknikken. Efter PDH-låsning indsættes en 500 MHz akustisk-optisk modulator (AOM) med justerbar bærefrekvens på Bob for at eliminere frekvensforskellen mellem de to stabile lasere. Derefter opdeles de ultrastabile lyskilder i henholdsvis to dele; den ene bruges til QKD, den anden sendes til den anden bruger via en 500 km frekvenskalibreringsfiberlink til heterodyne interferens. Tovejs erbium-doterede fiberforstærkere (BEDFA'er) indsættes hver 50 km for at opretholde styrken af det transmitterede lys, to AOM'er med fast bærefrekvens på 40 og 70 MHz er indsat i begge ender af linket for at filtrere reflektionen i kanalen. PD:fotodiode. I QKD-delen moduleres lyset med fasemodulatorer (PM'er) og intensitetsmodulatorer (IM'er) og dæmpes til et enkelt fotonniveau med en attenuator (ATT), for at generere kvantesignalerne med fasereferencesignalerne. Lyset sendes endelig til Charlie via 329,3 og 329,4 km fiberspoler med ultralavt tab (658,7 km) til registrering. Charlie bruger en tæt bølgelængdedelingsmultiplekser (DWDM), en cirkulator (CIR) til at filtrere støjen før polarisationsstråledeleren (PBS) og stråledeleren (BS). Interferensresultaterne detekteres af superledende nanowire single-photon detektorer (SNPD'er). Derudover indsættes fiberstrækkerne i QKD-kanalen og bølgelængdekalibreringskanalen som den kunstige vibroseis. EPC:elektrisk polarisationscontroller; PC:polarisationscontroller. Kredit:Physical Review Letters (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.128.180502

Et team af forskere tilknyttet flere institutioner i Kina har fundet ud af, at quantum key distribution (QKD) netværk kan bruges til nøjagtigt at måle jordvibrationer. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters, gruppen beskriver deres implementering af et dobbeltfelt, fiberbaseret QKD-netværk over en afstand på 658 km. De fastslog også, at netværket kunne bruges som et middel til at registrere jordvibrationer i forbindelse med jordskælv eller jordskred.

QKD-netværk gør brug af unikke kvanteegenskaber af fotoner til at kryptere data sendt mellem kommunikationsenheder. På grund af deres kvanteegenskaber er sådanne netværk næsten umulige at hacke, uden at systemværterne bemærker aktiviteten og holder op med at transportere meddelelser. På grund af denne funktion har forskere i flere lande arbejdet på at forbedre teknologien til udbredt brug. I denne nye indsats udviklede og installerede forskerne et dobbeltfelt, fiberbaseret QKD-netværk, der udnytter den måde, fotoner interfererer på som et middel til at kryptere data, og blev overraskede over at opdage, at fibernetværket også kunne bruges til at fornemme jordvibrationer.

I deres arbejde sendte forskerne med succes krypterede data over et 658 km fiberkabel, hvilket forlængede den tidligere distancerekord med cirka 100 km. I et sådant netværk skal udsving i fasen af lyset, der passerer gennem fiberkablet, bemærkes og korrigeres ved at strække kablet, for at nøglefordelingen fungerer korrekt. Sådanne udsving, bemærkede forskerne, opstår typisk på grund af jordvibrationer.

I deres system og andre lignende, bruges et separat fiberkabel til at låse frekvenserne mellem noder på netværket. Forskerne fandt ud af, at tidsinformationen i det andet kabel nøjagtigt kan bestemme, inden for cirka 1 kilometer, hvor langs kablet udsvinget blev skabt. Det tyder på, at systemer som deres også kunne tjene som jordvibrationssensorer, muligvis advare om et igangværende jordskælv eller jordskred. Navnlig for anvendelse i den virkelige verden skulle dataoverførselshastigheden forbedres. + Udforsk yderligere

Kinesisk hold slår afstandsrekord for kvantesikker direkte kommunikation

Sidste artikelIndsigt til bedre at karakterisere kernefysikken og ekstreme miljøer af kosmiske eksplosioner

Næste artikelFørste direkte observation af dødkegleeffekten i partikelfysik