Ao implementar uma nova técnica de estabilização de sinal, os pesquisadores foram capazes de alcançar uma comunicação quântica segura em um recorde de 605 quilômetros de fibra usando o protocolo de distribuição de chave quântica de campo duplo (QKD). A nova demonstração abre caminho para a transmissão de informações criptografadas quânticas altamente seguras por longas distâncias, como entre cidades.
Mirko Pittaluga, da Toshiba Europe Limited e da University of Leeds, ambas no Reino Unido, apresentará a pesquisa no encontro totalmente virtual da Frontiers in Optics + Laser Science Conference (FiO LS).
“Esta pesquisa estende o alcance das comunicações quânticas baseadas em fibra além de 600 km pela primeira vez, e achamos que as técnicas que introduzimos aqui podem ser relevantes para outras aplicações de fóton único sensível à fase”, disse Mirko Pittaluga. “Isso nos permitirá construir redes de fibra em escala nacional e continental conectando grandes áreas metropolitanas. Juntamente com links de satélite, podemos agora imaginar redes quânticas verdadeiramente globais”, continuou Andrew Shields, chefe da divisão de tecnologia quântica da Toshiba Europa.
O QKD permite que dois usuários em lugares diferentes estabeleçam uma sequência secreta comum de bits, trocando fótons que normalmente são transmitidos por uma fibra óptica. Alcançar a transmissão em longas distâncias é um dos maiores desafios para a implementação prática da comunicação quântica porque há um limite fundamental de quão longe os fótons podem viajar antes que o sinal se degrade devido ao espalhamento ou absorção. Embora os repetidores ópticos resolvam esse problema para a transmissão de dados por fibra óptica tradicional, tem se mostrado difícil criar um repetidor confiável para informações codificadas quânticas.
O protocolo QKD de campo duplo recentemente desenvolvido tem o potencial de superar a limitação de distância, mas novos métodos são necessários para usá-lo com comprimentos de fibra acima de 500 quilômetros. No novo trabalho, os pesquisadores desenvolveram uma técnica experimental de configuração e estabilização de fase para QKD de campo duplo. A abordagem de estabilização, que é baseada na multiplexação por divisão de comprimento de onda, usa dois sinais ópticos de referência em diferentes comprimentos de onda para minimizar as flutuações de fase em longas distâncias.
A equipe de pesquisa demonstrou que a nova abordagem pode atingir um desempenho semelhante ao de um repetidor, ao mesmo tempo que tolera perdas ópticas além do limite tradicional de 100 dB em um canal quântico de 605 quilômetros de comprimento. Eles também foram capazes de testar diferentes variantes do protocolo TF-QKD. A nova abordagem de estabilização também pode ser aplicada a outros protocolos e aplicações de comunicação quântica, como o aprimoramento de telescópios interferométricos.
Esses resultados foram obtidos em um ambiente de laboratório, mas evidências experimentais obtidas recentemente confirmam a aplicabilidade desta técnica de estabilização em fibras implantadas em campo. A equipe agora está trabalhando para realizar um teste de campo.
Publicado em 22/10/2021 21h45
Artigo original:
Estudo original: