Группа исследователей из Великобритании, Испании и Шотландии сообщила о важном достижении в области квантовых коммуникаций. Им удалось передать защищенный квантовый ключ на расстояние 227 километров по стандартному оптоволоконному кабелю.
Квантовое распределение ключей позволяет двум сторонам обмениваться секретными данными так, что любая попытка перехвата становится заметной. Это достигается за счет использования фундаментальных законов физики — любое измерение квантовой системы неизбежно меняет ее состояние. Теоретически такую связь невозможно взломать незаметно.
Вместо обычного лазерного луча, который используют в большинстве современных систем, они применили источник одиночных фотонов — по сути, устройство, испускающее свет строго по одной частице за раз. Такие источники считаются более надежными для квантовой криптографии, но до сих пор их было сложно использовать на больших расстояниях: сигнал слишком быстро затухает в оптоволокне.
Чтобы обойти это ограничение, ученые применили специальный протокол с «ложными состояниями». Если говорить упрощенно, они научились менять параметры света так, чтобы система могла отличать настоящий сигнал от помех или попыток взлома. Этот метод давно используют с лазерами, но совместить его с однофотонным источником удалось впервые.
На дистанции 227 километров ученые получили стабильную скорость передачи ключа — систему можно считать рабочей. При этом устойчивость к потерям сигнала оказалась примерно в десять раз выше, чем у стандартных протоколов без использования ложных состояний. Для сравнения: в более ранних работах той же группы максимальная дистанция составляла 175 километров.
Однофотонные источники, использованные в эксперименте, работают в телекоммуникационном диапазоне — именно в нем передается интернет-трафик по оптоволокну. Это значит, что технологию потенциально можно встраивать в существующую инфраструктуру связи, не создавая специальных линий с нуля.
Использование однофотонных источников вместо ослабленных лазерных импульсов является одним из направлений развития квантовой криптографии, позволяющим повысить безопасность и эффективность систем распределения ключей. Данная работа демонстрирует прогресс в интеграции таких источников в практические схемы связи, работающие в стандартном для телекоммуникаций волоконно-оптическом диапазоне.