Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, демонстрирует, что квантовое распределение ключей (QKD), основанное на реальном источнике одиночных фотонов (SPS), может обеспечить более высокую безопасность и эффективность, чем традиционные подходы. Работа выполнена учеными из Китайского университета науки и технологий.
Обычные системы QKD используют ослабленные лазерные импульсы, имитирующие одиночные фотоны. Однако это приближение не идеально: лишь около 37% импульсов подходят для формирования защищенных ключей. Проблема в том, что такие импульсы часто либо не содержат фотонов, либо включают более одного, что делает систему уязвимой.
Команда разработала улучшенный SPS на основе квантовых точек и резонаторов, способный излучать фотоны по запросу. Дополнительно они использовали узкополосную фильтрацию и поляризационную модуляцию. Эти меры позволили создать стабильный поток одиночных фотонов и провести QKD-эксперименты в лабораторных и реальных городских условиях.
Полученная скорость защищенной передачи — 1,08 × 10⁻³ бит на импульс — на 79% выше, чем у обычных слабых когерентных источников. Это первый случай, когда SPS смог превзойти теоретический предел прежних методов. Правда, такие системы пока чувствительны к потерям, особенно при использовании в условиях открытого пространства.
Исследователи планируют оптимизировать работу SPS, улучшив его яркость, чистоту и устойчивость к шуму. Также ведется работа по внедрению новых протоколов и интеграции с квантовой телепортацией и повторителями. Это позволит в будущем выстроить надежные квантовые сети связи — безопасные по определению.
Иногда кажется, что квантовые технологии — это нечто далекое и абстрактное. Но как только они начинают не просто защищать переписку, а вмешиваются в такие привычные процессы, как генерация чисел для выборов или розыгрышей, становится ясно — квантовый мир рядом. Ранее Наука Mail рассказывала о том, как квантовая криптография вышла за пределы лабораторий и шагнула в реальные городские сети.