Artykuł w „Nature”: „Koherentna komunikacja kwantowa na duże odległości w operacyjnych sieciach telekomunikacyjnych”

Artykuł w „Nature”: „Koherentna komunikacja kwantowa na duże odległości w operacyjnych sieciach telekomunikacyjnych”

W najnowszym, 640. (04/2025) wydaniu czasopisma „Nature” – jednego z najbardziej prestiżowych czasopism naukowych na świecie, ukazał się artykuł zatytułowany „Koherentna komunikacja kwantowa na duże odległości w operacyjnych sieciach telekomunikacyjnych”. Jednym z współautorów publikacji jest Piotr Rydlichowski z Działu Infrastruktury Sieciowej i Usługowej PCSS.

Autorami publikacji jest międzynarodowa grupa specjalistów z Toshiba’s Cambridge Research Laboratory: Mirko Pittaluga, Yuen San Lo, Adam Brzosko, Robert I. Woodward, Davide Scalcon, Matthew S. Winnel, Thomas Roger, James F. Dynes, Kim A. Owen, Sergio Juárez i Andrew J. Shields, a także Domenico Vicinanza i Guy Roberts (GÉANT Vereniging, Amsterdam) oraz Piotr Rydlichowski z Działu Infrastruktury Sieciowej i Usługowej PCSS.

Abstrakt

Ostatnie postępy w komunikacji kwantowej podkreślają kluczową rolę optycznej koherencji w rozwoju sieci kwantowych. Zasób ten, który ma fundamentalne znaczenie dla architektury kwantowego Internetu, umożliwił jedyne udane demonstracje wielo-węzłowych sieci kwantowych i znacznie zwiększyło zasięg transmisji dystrybucji klucza kwantowego (QKD). Jednak skalowalność protokołów kwantowych opartych na koherencji optycznej pozostaje niepewna ze względu na wymagany specjalistyczny sprzęt, taki jak ultrastabilne wnęki optyczne i kriogeniczne detektory fotonów. W niniejszej pracy wdrożono oparty na koherencji optycznej protokół „podwójnych fal” QKD w 254-kilometrowej komercyjnej sieci telekomunikacyjnej obejmującej Frankfurt i Kehl w Niemczech, osiągając prędkość dystrybucji kluczy szyfrujących na poziomie 110 bitów na sekundę. Nasze wyniki są możliwe dzięki skalowalnemu podejściu do dystrybucji optycznej koherencji, wspieranemu przez praktyczną architekturę systemu i detekcji pojedynczych fotonów bez kriogrenicznej infrastruktury wspomagane przez stabilizację fazy poza pasmem. Nasze wyniki pokazują komunikację kwantową w ujęciu węzłów regeneracyjnych w środowisku sieci operacyjnej, podwajając odległość dla praktycznych implementacji QKD w świecie rzeczywistym bez chłodzenia kriogenicznego. Ponadto, zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, zrealizowaliśmy jedną z największych sieci QKD o właściwościach typu „device-independent” czyli implementacji niezależnej od dostawcy sprzętu. Nasze badania dostosowują wymagania komunikacji kwantowej opartej na optycznej hoherencji z możliwościami istniejącej infrastruktury telekomunikacyjnej, która najprawdopodobniej będzie przydatna w przyszłości w wysokowydajnych sieciach kwantowych, w tym implementacji zaawansowanych protokołów komunikacji kwantowej, wzmacniaczy i regeneratorów kwantowych, sieci metrologii kwantowej i rozproszonych obliczeń kwantowych.

Artykuł dostępny jest w języku angielskim w pliku PDF.