Ερευνητές επικύρωσαν τη διανομή κβαντικών κλειδιών με θεωρία προστασίας μετρήσεων

Κορεάτες επιστήμονες από το ETRI και το KAIST ανέπτυξαν και επαλήθευσαν πειραματικά μια νέα θεωρία Measurement Protection (MP) που επιτρέπει σταθερή κβαντική διανομή κλειδιών (QKD) χωρίς την ανάγκη συνεχούς διόρθωσης μετρήσεων των κβαντικών καταστάσεων. Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό IEEE Journal on Selected Areas in Communications.

Η τεχνολογία αυτή ανοίγει τον δρόμο για σταθερή κβαντική επικοινωνία σε κινητά περιβάλλοντα, όπως δορυφόρους, πλοία και drones, όπου οι αλλαγές των καναλιών και οι περιβαλλοντικές διαταραχές καθιστούν εξαιρετικά δύσκολη τη μετάδοση κβαντικών σημάτων.

Πώς επιτεύχθηκε το πείραμα

Η ομάδα χρησιμοποίησε πηγή φωτός 100 MHz με VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) για τη δημιουργία παλμών ενός φωτονίου. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε σε περιβάλλον ελεύθερου χώρου με απώλεια έως 30dB σε απόσταση 10 μέτρων, με προσθήκη θορύβων πόλωσης που προσομοίωναν δύσκολες συνθήκες μετάδοσης. Οι ερευνητές εγκατέστησαν τρεις οπτικούς μετατροπείς (waveplates) σε πομπό και δέκτη για την εκτέλεση τοπικών λειτουργιών, αποδεικνύοντας ότι η μετάδοση και μέτρηση των κβαντικών καταστάσεων παραμένει σταθερή.

Αύξηση ανοχής λαθών κατά 20,7%

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το σύστημα MP-QKD αυξάνει το ανώτατο επιτρεπτό Quantum Bit Error Rate (QBER) έως και κατά 20,7% σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα. Αυτό σημαίνει ότι είναι δυνατή η αξιόπιστη διανομή κβαντικών κλειδιών χωρίς πρόσθετες βαθμονομήσεις, εφόσον το ποσοστό σφαλμάτων παραμένει κάτω από αυτό το όριο.

Εφαρμογές και επόμενα βήματα

Η επιτυχία αυτή ανοίγει νέες προοπτικές για ασφαλείς επικοινωνίες δορυφόρου-εδάφους, επικοινωνίες με drones και θαλάσσια δίκτυα. Παράλληλα, οι ερευνητές του ETRI ανέπτυξαν μέθοδο αντιστάθμισης του φαινομένου Polarization-Dependent Loss (PDL), κρίσιμη για την εμπορική εφαρμογή των ενσωματωμένων QKD συστημάτων σε φωτονικά chips.

Ο Lim Kyong Chun από το ETRI δήλωσε ότι «η έρευνα πάνω σε ολοκληρωμένα φωτονικά chips είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη της αγοράς QKD». Ο καθηγητής Bae Jun Woo από το KAIST πρόσθεσε: «Αυτό το επίτευγμα αποτελεί αποφασιστική καμπή για αξιόπιστη κβαντική επικοινωνία ακόμη και σε περίπλοκα περιβάλλοντα».