Új alapok a kvantumkommunikációban
A kvantumkommunikáció fénnyel, kvantumállapotban továbbítja az információt, viszont dinamikus, szabad térbeli környezetben – például űrben, tengeren vagy levegőben – a kommunikáció biztonsága és stabilitása eddig erősen ki volt téve az időjárás és a környezeti változások hatásainak. A hagyományos kvantumkulcs-elosztási (QKD) megoldásokban mindig szükség volt a vevő mérőműszerének ismételt kalibrálására, amikor változott a csatorna állapota. Ez jelentősen korlátozta a technológia gyakorlati alkalmazhatóságát.
Az új, mérésvédelemmel (Measurement Protection, MP) működő QKD-módszer lehetővé teszi a stabil kulcsmegosztást kevesebb helyi beavatkozással, függetlenül a csatorna állapotának változásától. A KAIST-en Bae Jun-woo professzor vezette kutatócsoportja a technológia elméleti alapjait fektette le, míg az ETRI szakemberei kísérletileg igazolták azt.
Kísérleti eredmények, technológiai áttörések
A kutatók egy 100 MHz-es fényforrást – VCSEL típusú lézert – használtak, amellyel 10 méter hosszú, 30 dB veszteséggel terhelt szabadtéri adatátviteli környezetet hoztak létre. Többféle polarizációs zajjal nehezítették a kommunikációt, így modellezve a valódi, kihívásokkal teli körülményeket. Az adó- és vevőoldalon három-három hullámlemezzel végezték el a szükséges helyi beavatkozásokat. Az eredmények alapján a mérésvédelmen alapuló QKD-rendszer akár 20,7%-kal magasabb maximális megengedett kvantumbit-hibaarányt (QBER) érhet el, mint a korábbi rendszerek. Ez azt jelenti, hogy amennyiben a hibaarány ennél alacsonyabb, stabil és biztonságos kvantumkulcs-továbbítás lehetséges, további kompenzáció nélkül is.
Ezáltal arra lehet következtetni, hogy megbízható kvantumkommunikáció biztosítható szinte bármilyen zajos környezetben, különösen műhold–föld közötti kapcsolatokban.
Integrált rendszerek és a jövő útja
Mindazonáltal a fejlett, integrált QKD-rendszerek alkalmazását akadályozza a polarizációfüggő veszteség. Az ETRI kutatói olyan egyszerű optikai kompenzációs megoldást dolgoztak ki, amelyet sikerrel alkalmaztak polarizáción alapuló QKD-rendszerekben. Ennek köszönhetően a miniatűr és könnyű kvantumtitkosító eszközök kereskedelmi elterjedése is közelebb került.
A kutatók hangsúlyozták, hogy az integrált fotonikai chipek elterjedése kulcsfontosságú a piac bővüléséhez, de még sok technológiai akadályt kell leküzdeni – ilyen például a polarizációfüggő veszteség.
Globális kvantumhálózat felé
A megoldás függetlenné teszi a kvantumtitkosítást a csatorna állapotának változásaitól, ami lényegesen növeli a rendszer rugalmasságát. Az ETRI és a KAIST vezető kutatói szerint ezzel megnyílt az út a globális, nagy távolságú kvantumkommunikáció előtt, és komoly lépést tettek afelé, hogy megbízható, biztonságos kommunikáció jöhessen létre még a legösszetettebb környezetekben is.
