Польские ученые испытали в городской сети квантовое шифрование на основе эффекта Талбота

Обнаружение суперпозиций временных бинов с помощью временного ковра Талбота. Автор: Мацей Огродник, Варшавский университет

Ученые из Варшавского университета разработали и протестировали в городской инфраструктуре новую систему квантового распределения ключей (QKD), которая использует многомерное кодирование. Система основана на эффекте Талбота — явлении, известном физикам с 1836 года.

«Традиционно QKD использует кубиты — простейшие единицы квантовой информации. Но мы работаем с многомерным кодированием, где квантовые состояния могут принимать множество значений», — объясняет доктор Михал Карпиньский, руководитель Лаборатории квантовой фотоники.

Исследователи сосредоточились на временных суперпозициях фотонов, когда фотон существует в комбинации состояний «раньше» и «позже». Вдохновением послужил эффект Талбота, который обычно проявляется в пространстве, но также работает и во времени для последовательностей световых импульсов в оптическом волокне.

«Ключевая особенность нашей системы в том, что для регистрации суперпозиций многих импульсов требуется всего один детектор фотонов вместо сложной сети интерферометров», — говорит аспирант Адам Видомски.

Это значительно снижает сложность и стоимость измерительной системы. Метод не требует отдельной калибровки приемника и позволяет обнаруживать 2D и 4D суперпозиции без изменения аппаратного обеспечения.

Систему тестировали в лабораторных оптических волокнах и в волоконной инфраструктуре университета на расстояниях в несколько километров. Несмотря на ошибки, присущие простому экспериментальному подходу, результаты подтвердили более высокую информационную эффективность системы благодаря многомерному кодированию.

Квантовая криптография обеспечивает теоретическую безопасность, доказанную при базовых предположениях. Исследователи сотрудничали с коллегами из Италии и Германии, чтобы устранить уязвимости в протоколах безопасности.