Koreli araştırmacılar, kuantum durumlarının ölçüm düzeltmesine gerek kalmadan kararlı kuantum anahtar dağılımını (QKD) mümkün kılan bir ölçüm koruma (MP) teorisini başarıyla oluşturdular ve bunu deneysel olarak doğruladılar.
Elektronik ve Telekomünikasyon Araştırma Enstitüsü (ETRI), KAIST ile ortak araştırma yaparak dünyada ilk kez uydu, gemi, drone gibi hareketli ortamlarda bile kararlı kuantum iletişimini gerçekleştirebilen yeni bir teknoloji geliştirdi.
Kuantum iletişimi, bilgiyi ışığın kuantum halinde ileten üst düzey bir teknolojidir. Ancak serbest uzayda, hareketli bir ortamda iletişim, hava koşullarından ve çevredeki değişikliklerden büyük ölçüde etkilenir ve bu da onu dengesiz hale getirir. Özellikle, kuantum durumlarının istikrarlı iletimi, gökyüzü, deniz veya hava gibi kanalların durumunun gerçek zamanlı olarak değiştiği dinamik ortamlarda son derece zorlayıcı olmuştur.
dergisinde yayımlanan bu araştırma IEEE İletişimde Seçilmiş Alanlar Dergisihareket halindeyken bile istikrarlı kuantum bilgi alışverişinin teknik fizibilitesini ilk kez göstererek bu sınırlamaların üstesinden gelir.
Bu başarının uydudan yere güvenli iletişim, drone iletişimi, deniz iletişimi gibi çeşitli alanlarda uygulamalara yol açması bekleniyor.
QKD, kuantum mekaniği ilkelerine dayalı olarak şifreleme anahtarlarını dağıtan ve gizlice dinlemeyi temelde imkansız hale getiren bir teknolojidir. Geleneksel QKD protokolleri, alıcının tekrarlanan kalibrasyonunu gerektiriyordu’Kanal koşulları değiştiğinde ölçüm cihazları.
Ancak bu araştırma, kanal koşullarından bağımsız olarak yalnızca basit yerel işlemlerle istikrarlı anahtar dağıtımının sağlanabileceğini kanıtladı. Teori Profesör Bae Jun-woo tarafından geliştirildi.’KAIST’teki ekibi ve deneyler ETRI’deki araştırmacılar tarafından yürütüldü.
Tek foton darbeleri üretmek için araştırmacılar, çipin üst yüzeyinden dikey olarak ışık yayan bir tür yarı iletken lazer olan Dikey Boşluklu Yüzey Yayan Lazer (VCSEL) olan 100 MHz’lik bir ışık kaynağı kullandılar.
10 metrelik bir yol üzerinde 30 dB’e kadar kayıpla uzun mesafeli bir boş alan iletim ortamı uyguladılar, zorlu boş alan koşullarını simüle etmek için çeşitli polarizasyon sesleri eklediler ve başarılı kuantum iletimi ve ölçümünü doğruladılar. Ek olarak, yerel işlemleri uygulamak için hem vericiye hem de alıcıya üç dalga plakası yerleştirildi.
Sonuç olarak Ölçüm Koruması (MP) tabanlı QKD sisteminin sistemi artırabileceği ortaya çıktı’Hata içeren iletilen kuantum bitlerinin yüzdesini temsil eden, mevcut sistemlere kıyasla %20,7’ye kadar izin verilen maksimum Kuantum Bit Hata Oranı (QBER).
Bu, alınan kuantum bitleri arasındaki hata oranı %20,7’den az olduğu sürece, ek ölçüm telafisi olmadan kararlı kuantum anahtar dağıtımının mümkün olduğu anlamına gelir. Bu, çeşitli gürültülü kanal ortamlarında kalibrasyon gerektirmeden kararlı anahtar üretimi sağlayarak güvenilir kuantum iletişiminin yolunu açıyor. Araştırmacılar bu sonuçların uydudan yere bağlantılara benzer ortamlarda uygulanabilir olmasını bekliyor.
Bulgular Haziran ayında yayınlandı. İletişimde Seçilmiş Alanlar Dergisi. ETRI araştırmacısı Ko Haesin ve KAIST’Dr. Spiros Kechrimparis ortak yazar olarak katıldı.
Bu arada ETRI, QKD’nin pratik uygulaması için önemli bir zorluk olan “Polarizasyona Bağlı Kayıp” sorunu için deneysel bir telafi yöntemi de sundu. Bu araştırmanın, entegre çip tabanlı QKD sistemlerindeki performans düşüşünü ele alarak kompakt ve hafif QKD ekipmanının ticarileştirilmesine katkıda bulunması bekleniyor.
Entegre QKD, hantal ve pahalı toplu optik sistemlerin yerini alacak yeni nesil bir teknoloji olarak kabul edilir, ancak entegrasyon sırasında polarizasyona bağlı kayıp büyük bir engele neden olabilir.
ETRI araştırmacıları, bu kaybın basit optik bileşenlerle telafi edilebileceğini ve performansta bozulma olmadan kararlı anahtar dağıtımı elde etmek için polarizasyon tabanlı QKD sistemlerine uygulanabileceğini deneysel olarak gösterdi. Bu başarı aynı zamanda ” dergisinde kapak makalesi olarak da yayınlandı.İleri Kuantum Teknolojileri“
ETRI’nin kıdemli araştırmacısı Lim Kyong Chun, “Entegre fotonik çipler üzerine araştırma, QKD pazarının genişlemesi için vazgeçilmezdir ve daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır çünkü entegre fotonik çiplere dayalı QKD sistemlerinin uygulanmasında, polarizasyona bağlı kayıplar da dahil olmak üzere, aşılması gereken birçok teknik zorluk vardır” dedi.’Kuantum İletişim Araştırma Bölümü.
Youn Chun Ju, ETRI Başkan Yardımcısı’Kuantum Teknolojisi Araştırma Bölümü şunları söyledi: “QKD’nin kanal durumu değişikliklerinden bağımsız olarak uygulanması, kuantum kriptografisinin esnekliğini önemli ölçüde artırıyor. Küresel bir kuantum ağının temelini oluşturmak için bunu uzun mesafeli boş alan bağlantı teknolojisine genişleteceğiz.”
KAIST Elektrik Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Bae Jun Woo da şunları söyledi: “Bu başarı, karmaşık ortamlarda bile güvenilir kuantum güvenli iletişim sağlamada belirleyici bir dönüm noktası olacaktır.”
