08,12,2026 4просмотры
【приборСетевые новостиНедавно команда профессора Цзэн Гуйхуа из Школы автоматизации и восприятия Шанхайского университета Цзяотун и Национальной ключевой лаборатории фотонной передачи и связи впервые завершила экспериментальную проверку осуществимости распределения квантовых ключей для непрерывных переменных звезд и Земли (CVQKD). При потере 41 дБ эквивалента 1200 км спутниковой связи команда успешно восстановила исходный ключ и продемонстрировала, что избыточный шум системы поддерживает положительную скорость ключа безопасности. Результаты исследований Experimental verification for the feasibility of satellite-to-ground continuous-variable quantum key distribution Опубликовано в « Advanced Photonics» 2026, том 8.
Предыстория исследования
Распределение квантовых ключей на большие расстояния является важной основой для создания глобальной сети квантовой связи. По сравнению с волоконно - оптическими каналами, спутники позволяют квантовым сигналам распространяться главным образом в свободном пространстве с низкими потерями, обеспечивая жизнеспособный путь для межконтинентальной и сверхдлинной квантовой связи. Распределение квантовых ключей для дискретных переменных Star - Land позволило обеспечить распределение ключей на тысячу километров и межконтинентальную зашифрованную связь, продемонстрировав потенциал для создания интегрированной квантовой сети. Распределение квантовых ключей с непрерывными переменными характеризуется высокой пропускной способностью канала, низкой стоимостью, совместимостью с классическими когерентными оптическими системами связи и другими характеристиками, а также может эффективно подавлять фоновый световой шум с помощью когерентного обнаружения и, естественно, иметь возможность работать в течение всего дня. Тем не менее, избыточный шум в условиях высоких потерь трудно подавить, теоретически допустимые потери ограничены, так что CVQKD Star Land в основном остался на стадии теоретического анализа. Экспериментальная проверка требует как восстановления исходного ключа при высоких потерях и установления корреляции с данными модуляции, так и доказательства того, что шум достаточно низок, чтобы получить положительную частоту ключей безопасности.
Путь исследования и его результаты
В ответ на противоречие между недостаточным отношением сигнала и шума сигнала проводимости в наземной связи с высоким уровнем потерь и увеличением шума утечки направляющей частоты исследовательская группа построила местную систему CVQKD с модуляцией гаусса, которая передает квантовые сигналы и сигналы направляющей частоты с использованием мультиплексирования времени - поляризации. Двухступенчатый модулятор с высокой амплитудой поглощения обеспечивает изоляцию временной области 80 дБ, поляризационный спектрометр обеспечивает поляризацию 30 дБ, обеспечивает изоляцию мультиплексирования в общей сложности 110 дБ, обеспечивает достаточно низкую утечку фотонов при интенсивности проводимости выше 67 дБ квантового сигнала и обеспечивает подавление фазового шума и шума утечки фотонов при высоких потерях 41 дБ.
Команда построила цепь эквивалентных потерь 38 - 43 дБ, состоящую из свободных пространственных каналов, 50 - километрового волокна и переменного оптического аттенюатора, как показано на рисунке 1. Приемный конец использует независимые собственные колебания для когерентного обнаружения и квантования с точностью 12 бит.осциллографКвантовые сигналы и сигналы направляющей частоты собираются для предоставления экспериментальных данных для восстановления исходного ключа и оценки избыточного шума в условиях высоких потерь. Исследовательская группа завершила цифровую обработку с использованием высокоэффективного отбора проб, высокоточной оценки отклонения частоты Quinn и технологии фазового восстановления с помощью контрольной частоты. При потере 41 дБ сигнал восстановления и данные модуляции Alice Term Gass показали единственный значительный пик взаимозависимости (рисунок 2), что указывает на успешное восстановление исходного ключа и создание виртуальной связи запутывания между Алисой и Бобом. Для оценки значительных статистических колебаний избыточного шума при высоких потерях 41 дБ команда использовала эквивалентный метод тестирования и измерила средний уровень избыточного шума 00167 SNU. После учета квантованного шума ADC и шума затухания в реальном канале Земля - Земля прогнозируется, что избыточный шум в 1200 км связи составит 00198 SNU (рисунок 3). Анализ частоты ключей показывает, что система все еще может получить положительную частоту ключей безопасности при потере 41 дБ (рисунок 3), что предварительно подтверждает осуществимость CVQKD на Земле.
Перспективы развития
Исследование первоначально подтвердило осуществимость распределения квантовых ключей с непрерывными переменными в 41 дБ по высокоистощенному звездно - земному каналу, Преодоление ограничений пребывания CVQKD в теоретическом анализе и численном моделировании обеспечивает экспериментальную основу для восстановления квантовых сигналов и подавления избыточного шума в условиях высоких потерь, сильных возмущений, обеспечивает новый технический путь для проектирования и развертывания системы распределения квантовых ключей с фактическими непрерывными переменными, а также дает важную ссылку на создание интегрированной квантовой сети связи « воздух - Земля».
