Установлен рекорд дальности передачи квантового ключа совместно с классическими каналами

Экспериментальная установка для CV-QKD, работающая совместно с полностью загруженной системой CWDM. Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/zy2d-m3ch

Квантовое распределение ключей (QKD) использует принципы квантовой механики для безопасной передачи конфиденциальной информации. Когда сторонний источник пытается перехватить передачу QKD, квантовые состояния изменяются, что надежно предупреждает получателя и отправителя о нарушении безопасности передачи.

К сожалению, до сих пор существовали ограничения в реализации технологии QKD. Телекоммуникационные сети требуют, чтобы QKD и классические данные использовали общую волоконно-оптическую инфраструктуру для снижения затрат, что необходимо для крупномасштабного внедрения. Однако классические каналы передачи данных создают шум, который ограничивает расстояние и производительность передач QKD. Было предложено и протестировано множество решений, таких как дополнительные фильтры или выделенные длины волн, но они все равно усложняют интеграцию в существующие телекоммуникационные сети.

Теперь исследователи из Дании и Чехии, возможно, нашли лучшее решение, которое в ходе испытаний побило рекорд самой дальней передачи, достигнутой с помощью QKD и классических данных.

Их работа, опубликованная в Physical Review Letters, сосредоточена на непрерывно-переменном (CV) QKD, который использует когерентные состояния, вместо источников одиночных фотонов, применяемых в дискретно-переменном (DV) QKD.

Используя систему CV-QKD с локальным осциллятором (LO), гауссово-модулированными когерентными состояниями и сверхнизкопотерьным волокном, команда достигла рекордной дальности передач CV-QKD: 120 км в асимптотическом режиме и 100 км в режиме с конечным размером выборки, при совместной работе с полностью загруженными классическими каналами.

«Безопасные ключи генерируются в режиме с конечным размером на расстоянии 100 км, в то время как асимптотические ключи достигаются на 120 км. Эта рекордная дальность передачи стала возможной благодаря внутренним свойствам фильтрации мод локального осциллятора и оптимизации дисперсии модуляции для подавления фазового шума», — объясняют авторы исследования.

Команда сравнила уровни шума с классическими каналами и без них и не обнаружила значительного увеличения избыточного шума или снижения скорости генерации безопасного ключа из-за классических каналов. Затем они сравнили свою установку с коммерческой системой DV-QKD и обнаружили, что CV-QKD превзошла систему DV-QKD, которая не справлялась в аналогичных шумовых условиях.

«Наши результаты подчеркивают, что CV-QKD обеспечивает решение типа "включи и работай" (plug-and-play) для протяженных оптических линий связи без необходимости в дополнительных методах фильтрации или выделении конкретных длин волн», — пишут авторы исследования.

Это выгодно отличает новую разработку от предыдущих решений, которые требовали дополнительной фильтрации и выделения длин волн, и показывает, что квантовую безопасность можно добавить к текущим сетям с минимальными нарушениями. Более того, команда заявляет, что их систему можно улучшить, увеличив скорость передачи символов и улучшив коррекцию ошибок, чтобы обеспечить еще большие расстояния и более высокие скорости генерации ключей, а цифровые методы управления поляризацией и тактовой синхронизацией могут в дальнейшем упростить интеграцию.

Больше информации: Аднан А. Э. Хаджомер и др., Совместная работа непрерывно-переменного квантового распределения ключей и классических данных по волокну длиной 120 км, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/zy2d-m3ch. На arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2502.17388

ИИ: Это действительно впечатляющий прорыв в области квантовой коммуникации. Возможность интегрировать квантовую защиту в существующую телеком-инфраструктуру с минимальными изменениями открывает путь к практическому внедрению сверхбезопасных сетей связи в обозримом будущем.