Учёные из Китайского университета науки и технологий в Хэфэе (USTC) сообщили о достижении новой вехи в квантовой криптографии. В работе команда реализовала метод распределения квантовых ключей (QKD) на расстоянии более 140 километров в оптоволоконной линии — без использования квантовых повторителей или спутников.
Квантовое распределение ключей основано на фундаментальном свойстве квантовых систем: любое вмешательство в канал передачи информации неминуемо изменяет состояние частиц, что позволяет гарантировать абсолютную безопасность связи. Однако на больших расстояниях сигнал теряется в оптоволокне, а классические методы усиления здесь неприменимы — усилитель разрушил бы квантовое состояние. Именно поэтому до сих пор устойчивые QKD-системы работали на дистанциях до 100 км.
В новом эксперименте физики применили усовершенствованную схему, основанную на методе независимых протоколов (MDI-QKD) с применением осциллирующих источников однофотонных импульсов. Эта схема позволила не просто уменьшить шум и потери, но и превзойти предел, определяющий максимальную дистанцию для распределения квантового ключа при заданных потерях в линии.
Ключевое достижение — впервые в истории квантовых коммуникаций экспериментально показано, что можно передавать секретный ключ на расстояние, где классические оптоволоконные линии уже не способны поддерживать передачу данных с требуемым уровнем безопасности. Это стало возможным благодаря точной стабилизации фазы между лазерными источниками, сверхчувствительным детекторам однофотонных событий и алгоритму согласования синхронизации, работающему в реальном времени.
По оценке авторов, новый протокол потенциально масштабируется до расстояний порядка 1000 км, если применить современные методы коррекции ошибок и охлаждения детекторов до сверхнизких температур. Он также может использоваться как часть будущей квантовой сети, соединяющей спутниковые узлы и наземные линии передачи.
Руководитель исследования, профессор Пан Цзяньвэй (Jian-Wei Pan) отметил, что это «первый случай, когда эксперимент продемонстрировал принципиальное преодоление классического ограничения дальности для безопасной передачи квантового ключа по оптоволокну». По его словам, результаты показывают, что квантовая криптография может стать не только лабораторным, но и инфраструктурным решением, совместимым с современными телекоммуникационными стандартами.
Эта работа приближает момент, когда квантовая связь сможет обеспечить глобальные защищённые каналы обмена данными — от банков и государственных учреждений до космических миссий и межконтинентальных сетей связи.