Китайские физики установили рекорд передачи квантового ключа на дальность без спутников и ретрансляторов

Исследователи из Китайского университета науки и технологий в Хэфэе (USTC) объявили о значительном прогрессе в области квантовой криптографии. В своём эксперименте они осуществили распределение квантовых ключей (QKD) по оптоволоконной линии протяжённостью свыше 140 километров без применения квантовых ретрансляторов или спутников.

Принцип QKD базируется на ключевом свойстве квантовых систем: любое несанкционированное вмешательство неизбежно искажает квантовое состояние частиц, что обеспечивает теоретически неуязвимую защиту передачи. Но при значительных протяжённостях оптоволоконных линий измеряемый сигнал затухает, а традиционные усилители несовместимы с квантовыми битами — они уничтожили бы их суперпозицию. Поэтому до сих пор надёжные QKD-решения ограничивались дальностью порядка 100 км.

В свежем эксперименте учёные использовали модернизированный подход MDI-QKD (метод независимых протоколов) с осциллирующими источниками одиночных фотонных импульсов. Такая конфигурация не только сократила фоновый шум и потери, но и превзошла ранее установленный предел максимального расстояния для безопасной передачи ключа при фиксированных затуханиях в волокне.

Главный результат — впервые в квантовых коммуникациях экспериментально продемонстрировано, что секретный ключ можно передавать на расстояние, недоступное для классических оптоволоконных систем с требуемым уровнем надёжности. Это стало осуществимо за счёт высокоточной фазовой стабилизации между лазерами, сверхчувствительных фотодетекторов и алгоритма синхронизации, работающего в режиме реального времени.

По расчётам исследователей, данная методика может быть расширена до порядка 1000 км при внедрении передовых систем коррекции ошибок и глубокого охлаждения фотодетекторов. Кроме того, протокол придётся к месту в архитектуре грядущей квантовой сети, объединяющей спутниковые узлы с наземными волоконными магистралями.

Профессор Пан Цзяньвэй (Jian-Wei Pan), глава проекта, подчеркнул: «Впервые эксперимент доказал возможность преодоления традиционного барьера по дальности для безопасного квантового ключа в оптоволокне». По его мнению, эти результаты свидетельствуют о том, что квантовая криптография готова эволюционировать из лабораторных опытов в полноценное инфраструктурное решение, интегрируемое в текущие телекоммуникационные сети.

Исследование открывает путь к созданию глобальных защищённых каналов квантовой связи для банков, государственных структур, космических программ и межконтинентальных сетей.

Источник: iXBT