Demostración de la comunicación cuántica a través de una fibra óptica de más de 600 km

fuente: https://www.detoque.net/

demostración. Crédito: Toshiba Corporation

El Laboratorio de Investigación de Cambridge en Toshiba Europa anunció hoy la primera demostración de comunicación cuántica a través de fibras ópticas de más de 600 km de longitud. Este avance permitirá la transmisión de información cuántica segura a larga distancia entre áreas urbanas, un gran avance hacia la construcción de una Internet cuántica en el futuro.

El término internet cuántico describe una red global de computadoras cuánticas conectadas por enlaces de comunicación cuántica de largo alcance. Se espera que permita una solución ultrarrápida para problemas complejos de optimización en la nube, un sistema de hora mundial más preciso y comunicaciones altamente seguras en todo el mundo. Se han anunciado varias iniciativas gubernamentales importantes para construir una Internet cuántica, por ejemplo, en los Estados Unidos, la Unión Europea y China.

Uno de los desafíos tecnológicos más difíciles en la construcción de una Internet cuántica es el problema de cómo enviar bits cuánticos a través de fibras ópticas largas. Los pequeños cambios en las condiciones ambientales, como las fluctuaciones de temperatura, hacen que las fibras se estiren y contraigan, lo que da como resultado el bloqueo de los frágiles qubits, que se codifica como el retraso de fase de un pulso óptico débil en la fibra.

Ahora, Toshiba ha probado distancias récord para las comunicaciones cuánticas al introducir una nueva tecnología de estabilización de «banda dual». Esto envía dos señales ópticas de referencia de diferentes longitudes de onda para reducir las fluctuaciones de fase en fibras largas. La primera longitud de onda se usa para cancelar las fluctuaciones que cambian rápidamente, mientras que la segunda longitud de onda, la misma longitud de onda que los qubits ópticos, se usa para el ajuste fino de fase. Después de publicar estas nuevas tecnologías, Toshiba descubrió que es posible mantener constante la fase óptica de la señal cuántica dentro de una fracción de longitud de onda, con una precisión de hasta 10 nanómetros, incluso después de propagarse a través de 100 kilómetros de fibra. Sin cancelar estas fluctuaciones en tiempo real, las fibras se expandirían y contraerían con los cambios de temperatura, alterando la información cuántica.

La primera aplicación de la estabilidad de banda dual será la distribución de claves cuánticas a larga distancia (QKD). Los sistemas QKD comerciales están limitados a unos 100-200 kilómetros de fibra. En 2018, Toshiba propuso el protocolo Twin Field QKD como una forma de extender la distancia y probó su flexibilidad contra la pérdida óptica utilizando fibras cortas y atenuadores. Con la introducción de la tecnología de estabilización de doble banda, Toshiba ha aplicado Twin Field QKD en fibras largas y ha demostrado QKD a una distancia de 600 km, por primera vez.

«Este es un resultado muy emocionante», comenta Mirko Petaluga, primer autor del artículo que describe los resultados. «Con las nuevas tecnologías que hemos desarrollado, todavía es posible ampliar la distancia de comunicación de QKD y nuestras soluciones también se pueden aplicar a otros protocolos y aplicaciones de comunicación cuántica».

«QKD se ha utilizado para proteger las redes urbanas en los últimos años», dice Andrew Shields, director de tecnología cuántica en Toshiba Europa. «Este último avance amplía el alcance máximo del enlace cuántico, de modo que es posible conectar ciudades a través de países y continentes, sin utilizar puntos intermedios fiables ”. Implementado junto con Satellite QKD, nos permitirá construir una red global de comunicaciones cuánticas seguras”.

Taro Shimada, vicepresidente corporativo senior y director digital de Toshiba, explica: «Con este éxito en la tecnología cuántica, Toshiba está preparada para expandir su negocio cuántico muy rápidamente. Nuestra visión es una plataforma para servicios de TI cuántica, que permitirá no solo seguridad comunicaciones a escala global, pero también tecnologías de computación cuántica transformacional como la computación cuántica basada en la nube y la detección cuántica distribuida «.

Los detalles del progreso se publican hoy en la revista científica, Fotónica de la naturaleza. El trabajo fue parcialmente financiado por la Unión Europea a través del proyecto H2020 OpenQKD. El equipo ahora está diseñando soluciones propuestas para simplificar su futura adopción e implementación.

Este último desarrollo se produce inmediatamente después del anuncio del año pasado de que BT y Toshiba instalarían la primera red industrial cuántica segura del Reino Unido. Al transferir datos entre el Centro Nacional de Vehículos (NCC) y el Centro de Modelado y Simulación (CFMS), la compatibilidad de multiplexación de Toshiba permite que los datos y las claves cuánticas se transmitan a través de la misma fibra, eliminando la necesidad de una costosa infraestructura de distribución de claves dedicada. El acceso combinado de QKD multiplexado utilizando la infraestructura existente para distancias más cortas, combinado con Twin Field QKD para distancias más largas, allana el camino para una red global segura cuántica comercialmente viable.

QKD permite a los usuarios intercambiar de forma segura información confidencial (como extractos bancarios, registros médicos y llamadas privadas) a través de un canal de comunicación que no es de confianza (como Internet). Para ello, distribuye una clave secreta compartida a los usuarios objetivo que se puede utilizar para cifrar y, por lo tanto, proteger la información intercambiada a través del canal de comunicación. La seguridad de la clave secreta depende de las propiedades fundamentales de los sistemas cuánticos individuales (fotones y partículas de luz) que se cifran y transmiten para generar la clave. En el caso de que estos fotones sean interceptados por un usuario no identificado, la física cuántica asegura que los usuarios objetivo puedan percibir las escuchas, protegiendo así la conexión.

A diferencia de otras soluciones de seguridad actuales, la seguridad de la criptografía cuántica se deriva directamente de las leyes de la física que usamos para describir el mundo que nos rodea y, por esta razón, es segura contra cualquier desarrollo futuro en matemáticas y computación (incluido el advenimiento de la tecnología cuántica). ordenadores). A la luz de esto, se espera que QKD se convierta en una herramienta esencial para proteger las comunicaciones de importancia operativa para empresas y gobiernos.