Los científicos logran una distribución de claves cuánticas de 1.000 km

13 de junio de 2023

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por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China

Científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia China de Ciencias (CAS) han logrado una distribución de clave cuántica de larga distancia (QKD) punto a punto en una distancia de 1.002 km. colaboradores de la Universidad de Tsinghua, el Instituto de Tecnología Cuántica de Jinan y el Instituto de Microsistemas y Tecnología de la Información de Shanghai (SIMIT), CAS. Este hito no solo establece un nuevo récord mundial para QKD sin retransmisión, sino que también proporciona una solución para la comunicación cuántica interurbana de alta velocidad. Los resultados fueron publicados en Physical Review Letters el 25 de mayo.

QKD se basa en los principios de la mecánica cuántica y permite la distribución segura de claves entre dos partes remotas. Cuando se combina con el método de cifrado de "libreta de un solo uso", puede alcanzar el nivel más alto de seguridad para la comunicación confidencial. Sin embargo, la distancia de QKD se ha visto limitada por factores como la pérdida de canal y el ruido del sistema.

En el experimento se demostró el QKD de campo doble (TF-QKD) que utiliza el protocolo de envío o no envío (SNS), mejorando la relación entre la velocidad de clave y la transmitancia del canal desde un η lineal hasta su raíz cuadrada η. Por lo tanto, puede alcanzar una distancia segura mucho mayor que los protocolos QKD tradicionales.

Para lograr QKD de larga distancia, el equipo de investigación colaboró ​​con Yangtze Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company (YOFC) y utilizó fibra de pérdida ultrabaja basada en tecnología de núcleo de sílice pura, que logró una atenuación máxima de 0,16 dB/km. SIMIT desarrolló detectores superconductores de fotón único de ruido ultrabajo.

Al implementar múltiples filtros a temperaturas de 40 K y 2,2 K para suprimir los recuentos oscuros causados ​​por la radiación térmica, el ruido de los detectores de fotón único se redujo a alrededor de 0,02 cps. Además, el equipo también desarrolló un esquema de estimación de fase de doble banda para evitar el ruido de dispersión Raman espontáneo, reduciendo el ruido del sistema por debajo de 0,01 Hz.

Basándose en los desarrollos tecnológicos antes mencionados, el equipo logró TF-QKD en una distancia récord de 1.002 km, con una tasa clave de 0,0034 bps. Este trabajo no solo verifica la viabilidad del esquema SNS-TF-QKD en distancias extremadamente largas, sino que también demuestra que este protocolo puede alcanzar altas tasas de clave en muchos escenarios prácticos.

El éxito de este estudio tiene implicaciones importantes para el avance de la comunicación cuántica segura. Abre nuevas posibilidades para la distribución de claves cuánticas a larga distancia y allana el camino para la realización de redes de comunicación cuánticas interurbanas de alta velocidad.

Más información: Yang Liu et al, Distribución experimental de claves cuánticas de campo doble a una distancia de fibra de 1000 km, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.210801

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