(a) La red cuántica está completamente conectada por cinco subredes (A, B, C, D y E están representados por rojo, naranja, verde, azul, y negro, respectivamente). Las líneas de puntos entre las subredes (10 enlaces con diferentes colores) son los pares de fotones de energía y tiempo correlacionados entre las subredes. (b) Cada subred (como la subred A) está equipada con un divisor de haz de 1 × 3 y un módulo de control de retardo, que divide un par de fotones entrelazados correlacionados en frecuencia (signos rojos y azules) y los envía a tres usuarios al azar. Crédito:Zhantong Qi, Yuanhua Li, Yiwen Huang, Juan Feng, Yuanlin Zheng, y Xianfeng Chen
La comunicación directa segura cuántica (QSDC) basada en el entrelazamiento puede transmitir directamente información confidencial. Un científico en China exploró una red QSDC basada en el entrelazamiento de tiempo-energía y la generación de suma de frecuencias. Los resultados muestran que cuando dos usuarios realizan QSDC sobre 40 kilómetros de fibra óptica, y la velocidad de transmisión de información se puede mantener en 1 Kbp / s. Nuestro resultado sienta las bases para la realización de QSDC global y de larga distancia basada en satélites en el futuro.
La comunicación cuántica ha presentado un paso revolucionario en la comunicación segura debido a su alta seguridad de la información cuántica, y se han propuesto muchos protocolos de comunicación, como el protocolo de comunicación directa segura cuántica (QSDC). QSDC basado en entrelazamiento puede transmitir directamente información confidencial. Cualquier ataque de QSDC da como resultado solo un número aleatorio, y no puede obtener ninguna información útil de él. Por lo tanto, QSDC tiene pasos de comunicación simples y reduce posibles lagunas de seguridad, y ofrece altas garantías de seguridad, que garantiza la seguridad y las propuestas de valor de las comunicaciones cuánticas en general. Sin embargo, la incapacidad de distinguir simultáneamente los cuatro conjuntos de estados entrelazados ortogonales codificados en los protocolos QSDC basados en entrelazamiento limita su aplicación práctica. Es más, Es importante construir una red cuántica para hacer amplias aplicaciones de la comunicación directa segura cuántica. La demostración experimental de QSDC es muy necesaria.
En un nuevo artículo publicado en Ciencia y aplicación de la luz , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Xianfeng Chen del State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Facultad de Física y Astronomía, Universidad Jiao Tong de Shanghai, China y el profesor Yuanhua Li del Departamento de Física, Universidad Normal de Jiangxi, China ha explorado una red QSDC basada en el entrelazamiento de tiempo-energía y la generación de frecuencia de suma (SFG). Presentan una red QSDC basada en enredos totalmente conectada que incluye cinco subredes, con 15 usuarios. Utilizando las correlaciones de frecuencia de los quince pares de fotones mediante multiplexación por división de tiempo y multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM), realizan un experimento QSDC de fibra de 40 kilómetros al implicar una transmisión de dos pasos entre cada usuario. En este proceso, el procesador de red divide el espectro de la fuente de fotón único en 30 canales de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). Con estos canales, habrá un evento de coincidencia entre cada usuario al realizar una medición de estado de campana basada en el SFG. Esto permite que los cuatro conjuntos de estados entrelazados codificados se identifiquen simultáneamente sin selección posterior.
Es bien sabido que la seguridad y confiabilidad de la transmisión de información para QSDC es una parte esencial en la red cuántica. Por lo tanto, implementaron métodos de transmisión en bloque y paso a paso en QSDC con la estimación de la capacidad de secreto del canal cuántico. Después de confirmar la seguridad del canal cuántico, el usuario legítimo realiza operaciones de codificación o decodificación dentro de estos esquemas de manera confiable.
(a) La estructura física de la red cuántica. El espectro se divide en 30 canales de cuadrícula de la UIT a través de un DWDM de 100 GHz. CH17 a CH31 están numerados del 1 al 15 respectivamente, y los números con signo opuesto denotan los correspondientes a los canales CH33-CH47. La arquitectura de asignación de longitud de onda se omite en los pequeños bloques múltiplex trapezoidales. Cada bloque pequeño con símbolos digitales de colores construye un grupo de longitudes de onda distribuido por el procesador de red. (b) Cada par de fotón de señal y fotón inactivo está indicado por las mismas barras de colores con y sin signo digital opuesto. (c) Ilustración del progreso del SFG. Los fotones generados en pares por el proceso de conversión descendente paramétrica espontánea se multiplexan en el experimento SFG para realizar la codificación y la comunicación cuántica. Crédito:Zhantong Qi, Yuanhua Li, Yiwen Huang, Juan Feng, Yuanlin Zheng, y Xianfeng Chen
Estos científicos resumen los resultados del experimento de su esquema de red:
"Los resultados muestran que cuando dos usuarios realizan QSDC en más de 40 kilómetros de fibra óptica, la fidelidad del estado entrelazado que comparten aún es superior al 95%, y la velocidad de transmisión de información se puede mantener en 1 Kbp / s. Nuestro resultado demuestra la viabilidad de una red QSDC propuesta, y por lo tanto sienta las bases para la realización de QSDC global y de larga distancia basada en satélites en el futuro ".
"Con este esquema, cada usuario se interconecta con los demás a través de pares compartidos de fotones entrelazados en diferentes longitudes de onda. Es más, es posible mejorar la tasa de transmisión de información superior a 100 Kbp / s en el caso de los detectores de alto rendimiento, así como el control de alta velocidad en el modulador que se está utilizando ”, agregaron.
"Vale la pena señalar la obra actual, que ofrece conexión QSDC punto a punto de larga distancia, combinado con la red cuántica de repetidores seguros recientemente propuesta de QSDC, que ofrece una comunicación segura de un extremo a otro a través de la Internet cuántica, permitirá la construcción de una red cuántica segura utilizando la tecnología actual, dándose cuenta del gran potencial de QSDC en la comunicación futura ”, pronostican los científicos.
