Les scientifiques parviennent à une distribution de clé quantique sur 1 000 km

13 juin 2023

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par l'Université des sciences et technologies de Chine

Une distribution de clé quantique longue distance (QKD) point à point sur une distance de 1 002 km a été réalisée par des scientifiques de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), et leurs collaborateurs de l’Université Tsinghua, de l’Institut de technologie quantique de Jinan et de l’Institut des microsystèmes et des technologies de l’information de Shanghai (SIMIT), CAS. Cette étape importante établit non seulement un nouveau record mondial pour le QKD sans relais, mais fournit également une solution pour la communication quantique interurbaine à haut débit. Les résultats ont été publiés dans Physical Review Letters le 25 mai.

QKD est basé sur les principes de la mécanique quantique et permet une distribution sécurisée des clés entre deux parties distantes. Lorsqu'il est combiné avec la méthode de cryptage « one-time pad », il peut atteindre le plus haut niveau de sécurité pour les communications confidentielles. Cependant, la distance du QKD a été limitée par des facteurs tels que la perte de canal et le bruit du système.

Le QKD à double champ (TF-QKD) utilisant le protocole d'envoi ou de non-envoi (SNS) a été démontré dans l'expérience, améliorant la relation entre le débit clé et la transmission du canal d'un η linéaire à sa racine carrée η. Par conséquent, il peut atteindre une distance sécurisée beaucoup plus longue que les protocoles QKD traditionnels.

Pour obtenir un QKD longue distance, l'équipe de recherche a collaboré avec la Yangtze Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company (YOFC) et a utilisé une fibre à très faible perte basée sur une technologie de noyau de silice pure, qui a permis d'obtenir une atténuation maximale de 0,16 dB/km. SIMIT a développé des détecteurs supraconducteurs à photon unique à très faible bruit.

En mettant en œuvre plusieurs filtres à des températures de 40 K et 2,2 K pour supprimer les comptes d'obscurité provoqués par le rayonnement thermique, le bruit des détecteurs monophotoniques a été réduit à environ 0,02 cps. En outre, l’équipe a également développé un système d’estimation de phase à double bande pour éviter le bruit de diffusion Raman spontanée, réduisant ainsi le bruit du système en dessous de 0,01 Hz.

Sur la base des développements technologiques susmentionnés, l’équipe a réalisé TF-QKD sur une distance record de 1 002 km, avec un taux clé de 0,0034 bps. Ce travail vérifie non seulement la faisabilité du schéma SNS-TF-QKD sur des distances extrêmement longues, mais démontre également que ce protocole peut atteindre des taux clés élevés dans de nombreux scénarios pratiques.

Le succès de cette étude a des implications significatives pour l’avancement de la communication quantique sécurisée. Il ouvre de nouvelles possibilités pour la distribution de clés quantiques à longue distance et ouvre la voie à la réalisation de réseaux de communication quantique interurbains à haut débit.

Plus d'information: Yang Liu et al, Distribution expérimentale de clés quantiques à double champ sur 1 000 km de distance de fibre, Physical Review Letters (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.130.210801

Informations sur la revue :Lettres d'examen physique

Fourni par l'Université des sciences et technologies de Chine