La red de distribución de clave cuántica mide con precisión la vibración del suelo

Esquema de montaje experimental. En el laboratorio de Alice (Bob), un láser semilla está bloqueado en una cavidad de vidrio de expansión ultrabaja (ULE) para lograr un ancho de línea de subhercios mediante el uso de la técnica Pound-Drever-Hall (PDH) [41, 42]. Después del bloqueo de PDH, se inserta en Bob un modulador acústico-óptico (AOM) de 500 MHz con frecuencia portadora ajustable para eliminar la diferencia de frecuencia de los dos láseres estables. Luego, las fuentes de luz ultraestables se dividen en dos partes, respectivamente; uno se usa para QKD, el otro se envía al otro usuario a través de un enlace de fibra de calibración de frecuencia de 500 km para interferencia heterodina. Se insertan amplificadores bidireccionales de fibra dopada con erbio (BEDFA) cada 50 km para mantener la potencia de la luz transmitida, se insertan dos AOM con frecuencia portadora fija de 40 y 70 MHz en ambos extremos del enlace para filtrar el reflejo en el canal. PD:fotodiodo. En la parte QKD, la luz se modula con moduladores de fase (PM) y moduladores de intensidad (IM) y se atenúa a un nivel de fotón único con un atenuador (ATT), para generar las señales cuánticas con las señales de referencia de fase. La luz finalmente se envía a Charlie a través de carretes de fibra de pérdida ultrabaja de 329,3 y 329,4 km (658,7 km) para su detección. Charlie usa un multiplexor de división de longitud de onda densa (DWDM), un circulador (CIR) para filtrar los ruidos antes del divisor de haz de polarización (PBS) y el divisor de haz (BS). Los resultados de la interferencia se detectan mediante detectores de fotones únicos de nanocables superconductores (SNSPD). Además, los estiradores de fibra se insertan en el canal QKD y el canal de calibración de longitud de onda, como el vibroseis artificial. EPC:controlador de polarización eléctrica; PC:controlador de polarización. Crédito:Cartas de revisión física (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.128.180502

Un equipo de investigadores afiliados a varias instituciones en China descubrió que las redes de distribución de clave cuántica (QKD) se pueden usar para medir con precisión la vibración del suelo. En su artículo publicado en la revista Physical Review Letters, el grupo describe su implementación de una red QKD basada en fibra de dos campos en una distancia de 658 km. También determinaron que la red podría usarse como un medio para detectar vibraciones del suelo asociadas con terremotos o deslizamientos de tierra.

Las redes QKD hacen uso de las propiedades cuánticas únicas de los fotones para cifrar los datos enviados entre los dispositivos de comunicación. Debido a sus propiedades cuánticas, tales redes son casi imposibles de piratear sin que los hosts del sistema noten la actividad y cesen el transporte de mensajes. Debido a esta característica, los científicos de varios países han estado trabajando para mejorar la tecnología para un uso generalizado. En este nuevo esfuerzo, los investigadores desarrollaron e instalaron una red QKD de doble campo basada en fibra que aprovecha la forma en que los fotones interfieren como un medio para cifrar datos, y se sorprendieron al descubrir que la red de fibra también podría usarse para detectar vibración del suelo.

En su trabajo, los investigadores enviaron con éxito datos cifrados a través de un cable de fibra de 658 km, ampliando el récord de distancia anterior en aproximadamente 100 km. En una red de este tipo, las fluctuaciones en la fase de la luz que pasa a través del cable de fibra deben notarse y corregirse estirando el cable para que la distribución clave funcione correctamente. Tales fluctuaciones, anotaron los investigadores, generalmente surgen debido a las vibraciones del suelo.

En su sistema y otros similares, se usa un cable de fibra separado para bloquear las frecuencias entre los nodos de la red. Los investigadores encontraron que la información de tiempo en el segundo cable puede determinar con precisión, con un margen de error de aproximadamente 1 kilómetro, dónde se creó la fluctuación a lo largo del cable. Eso sugiere que sistemas como el suyo también podrían servir como sensores de vibración del suelo, posiblemente advirtiendo de un terremoto o deslizamiento de tierra en curso. En particular, para la aplicación en el mundo real, la tasa de transferencia de datos tendría que mejorarse. + Explora más