インサイダーブリーフ
- 研究者は、コヒーレンスベースのプロトコルを使用して、既存の通信繊維の254キロメートルにわたる安全な量子通信を実証し、実用的な量子ネットワークのマイルストーンをマークしました。
- このシステムは、ドイツ全土の現実世界のデータセンターで標準的な半導体成分のみを使用して、極低温冷却なしで光相コヒーレンスを維持しました。
- この実験では、ツインフィールドの量子キー分布（TF-QKD）を検証し、量子コンピューティング、センサーネットワーク、および大規模な量子インターネットインフラストラクチャの将来のアプリケーションへの経路を開きました。
- 画像：自然
科学者チームは、ドイツの254キロメートルの商業繊維光学ケーブルにわたって安全な量子情報を成功裏に伝達し、実用的な量子ネットワークの重要なマイルストーンをマークしています。
で公開された研究 自然 東芝の研究者によるヨーロッパの研究者は、光学コヒーレンスに基づいた量子通信を、標準的な通信機器を使用して長距離にわたって展開できることを実証しています。
チームは書き込みます 研究についての簡単な Twin-Field Quantum Key Distribution（TF-QKD）と呼ばれるアプローチを使用したこと。その結果、今日のインターネットインフラストラクチャと一緒に動作できる安全な量子通信の概念実証が得られます。
Avishek Nagは、研究に参加しなかったUniversity College Dublinにいます、とこの研究は重要な技術の飛躍を表していると述べました。
「原稿は、ドイツの254 kmの商業通信ネットワークをめぐる画期的な量子キーディストリビューション（QKD）の実装を提示しています」と、Research BriefにNAGは書いています。 「この作業は、QKDテクノロジーの実質的な進歩を表し、以前の実装と比較して実用的な通信距離を2倍にします。既存の通信インフラストラクチャへのコヒーレント量子通信の統合は斬新であり、この研究は、現在のテレコム能力と量子コミュニケーション要件を調整することにより、量子ネットワークの実際の展開に向けて進みます。」
量子通信は壊れない暗号化を約束しますが、大規模にそれを実装することは、長い距離にわたる量子信号の脆弱性によって長い間妨げられてきました。この課題の中心にあるのは一貫性です。研究者によると、光波が旅行中に段階にとどまる能力です。コヒーレンスは、大規模な量子ネットワークを構築するための中心的な量子テレポーテーションや絡み合いスワッピングなどの技術に不可欠です。ただし、光が繊維を通過すると、その一貫性は通常、温度シフトや機械的振動などの環境障害のために分解します。
これまで、長距離にわたってコヒーレンスを保存するには、極低温コンポーネントを含むしばしば実験室環境に限定された複雑なセットアップが必要でした。新しい研究は、市販の半導体成分のみを使用して、標準のデータセンターラックに適合するポータブルでエネルギー効率の高いシステムを可能にすることにより、これらの障壁を克服します。
テレコムファイバーの使用
研究者は、標準的な通信繊維を使用して、フランクフルト、キルヒフェルド、キールにあるドイツの3つのデータセンターに量子通信システムを展開しました。彼らのアプローチは、2つのエンドポイントから中央の測定ステーションに移動したときに、単一光子レベルの光パルスのコヒーレンスを維持することに集中しました。トランスミッション中に光の位相を積極的に安定させることにより、彼らは長い繊維リンクの破壊的な影響を克服しました。
TF-QKDプロトコルでは、各送信者（暗号化文献でアリスとボブと擁護される）が薄暗い光パルスの段階で情報をエンコードし、サードパーティのチャーリーに送信します。チャーリーは、着信パルスで干渉測定を実行します。結果は、アリスとボブのプライベートエンコーディングの選択肢と組み合わせると、2つの関係者がチャーリー（または潜在的な盗聴者）なしで同一のシークレットキーを独立して生成できるようにします。
安全で信頼できる操作
この研究では、プロトコルが254キロメートルの完全なスパンで安全かつ確実に動作できることが確認されました。これは、コヒーレンスを使用して、現実世界の量子通信のための新しいベンチマークを設定します。これは、これまで制御されたラボ条件で効果的にしか実証されていなかったプロパティです。
さらに洗練されている場合、このアプローチは分散型量子コンピューティングを可能にする可能性があります。このコンピューティングでは、異なる量子プロセッサが広範囲にわたって情報を交換したり、現在クラシックシステムでは達成できないスケールで精度測定を提供する量子センサーネットワークです。
それでも、技術的なハードルは残っています。多くの量子プロセッサは、可視性波長で光に応答する原子またはイオンを使用します。これは、通信繊維に適していない波長です。そのギャップを橋渡しするには、頻度変換の革新や、通信波長と互換性のある新しいタイプの量子メモリが必要です。
これらの課題にもかかわらず、東芝チームは、彼らの仕事を、今日のグローバルデータインフラストラクチャに量子通信を統合するための一歩と見なしています。エキゾチックな冷却やカスタムインフラストラクチャなしで標準環境で動作するシステムの能力は、通信ネットワーク全体での採用を加速する可能性があります。
実験にはドラマの分け前がなかったわけではない、と東芝ヨーロッパの研究の主著者であるミルコ・ピッタルガは付け加えた。
「ケンブリッジ研究所での長年の準備と綿密なテストの後、ドイツにシステムを展開することはスリリングで神経質になりました」とピッタルガは書いています。 「どんなに準備しても、新しいテクノロジーの最初の現実世界の展開は常に驚きをもたらします。インストール後、機器のチェックと予備テストはスムーズに進みました。しかし、プロトコルを実行したとき、量子リンクの1つは単に機能しませんでした。システムですが、光ファイバーは数週間前にチェックされていました。
