08,12,2026 2vistas
【instrumentoNoticias de investigación y desarrollo en líneaRecientemente, el equipo del Profesor Zeng guihua, de la escuela de automatización y percepción de la Universidad Jiaotong de Shanghai y el laboratorio nacional clave de transmisión y comunicación fotónica, completó por primera vez la verificación experimental de viabilidad de la distribución de claves cuánticas variables continuas estelares y terrestres (cvqkd). Bajo una pérdida de 41 DB equivalente a un enlace estrella - tierra de 1200 km, el equipo recuperó con éxito la clave original y demostró que el ruido excesivo del sistema puede soportar una tasa de clave de Seguridad positiva. Los resultados de la investigación se basan en Experimental verification for the feasibility of satellite-to-ground continuous-variable quantum key distribution El título se publica en el volumen 8 de Advanced photonic 2026.
Antecedentes de la investigación
La distribución de claves cuánticas de larga distancia es una base importante para construir una red global de comunicación cuántica. En comparación con los enlaces de fibra óptica, los satélites pueden hacer que las señales cuánticas se propaguen principalmente en espacios libres de baja pérdida, proporcionando un camino factible para las comunicaciones cuánticas intercontinentales y de larga distancia. La distribución de claves cuánticas variables discretas estelares y terrestres ha logrado una distribución de claves de mil kilómetros y comunicaciones encriptadas intercontinentales, mostrando el potencial de construir una red cuántica integrada espacio - tierra. La distribución de claves cuánticas variables continuas tiene las características de alta capacidad de canal, bajo costo y compatibilidad con los sistemas de comunicación óptica coherente clásicos. también puede utilizar la detección coherente para inhibir eficazmente el ruido de luz de fondo y naturalmente tiene la capacidad de funcionar durante todo el día. Sin embargo, el ruido excesivo es difícil de suprimir en condiciones de alta pérdida y la pérdida teórica tolerable es limitada, lo que hace que el cvqkd Estelar se quede principalmente en la etapa de análisis teórico antes. La verificación experimental no solo requiere restaurar la clave original bajo alta pérdida y establecer una correlación con los datos de modulación, sino también demostrar que el ruido excesivo es lo suficientemente bajo como para obtener una tasa de clave de Seguridad positiva.
Caminos y resultados de la investigación
En respuesta a la contradicción entre la relación señal - ruido insuficiente de la señal piloto y el aumento del ruido de fuga del piloto en el enlace estrella - tierra de alta pérdida, el equipo de investigación construyó un sistema local de modulación gaussiana de vibración local cvqkd, que utiliza multiplexaje de polarización de tiempo para transmitir señales cuánticas y señales piloto. El modulación de amplitud de alta relación de extinción de dos etapas proporciona un aislamiento de dominio de tiempo de 80 dbs, y el divisor de haz de polarización proporciona un aislamiento de polarización de 30 dbs, logrando un aislamiento múltiplo total de 110 dbs, garantizando que la fuga de fotones sea lo suficientemente baja mientras la intensidad del piloto es superior a 67 DBS de la señal cuántica, logrando una supresión del ruido de fase y el ruido de fuga de fotones con una alta pérdida de 41 dbs.
El equipo de investigación construyó un enlace de pérdida equivalente de 38 a 43 DB compuesto por un canal de espacio libre, una fibra óptica de 50 km y un atenuador óptico variable. el camino óptico experimental se muestra en la figura 1. El extremo receptor utiliza un vibrador local independiente para completar la detección coherente y pasa por una precisión cuantitativa de 12 bits.OsciloscopioSe recogen señales cuánticas y señales piloto para proporcionar datos experimentales para la recuperación de claves originales y la evaluación del ruido excesivo en condiciones de alta pérdida. El equipo de investigación utilizó técnicas de reducción de muestreo de alta eficiencia, estimación de desviación de frecuencia de alta precisión Quinn y recuperación de fase asistida por pilotos para completar el reprocesamiento digital. Con una pérdida de 41 db, la señal de recuperación y los datos de modulación gaussiana del lado de Alice presentan el único pico de Correlación cruzada significativo (figura 2), lo que indica que la clave original se recuperó con éxito y se estableció una asociación de enredo virtual entre Alice y Bob. En respuesta a la fluctuación estadística significativa de la estimación de ruido excesivo bajo una alta pérdida de 41 db, el equipo utilizó un método de prueba equivalente y midió un ruido excesivo promedio de 00167 snu. Después de incluir el ruido cuantitativo ADC y el ruido de desvanecimiento del canal estelar y terrestre real, se predice que el ruido de cruce bajo el enlace de 1200 km será de 00198 SNU (figura 3). El análisis de la tasa de clave muestra que el sistema todavía puede obtener una tasa de clave de seguridad positiva con una pérdida de 41 DB (figura 3), lo que verifica preliminarmente la viabilidad de cvqkd estelar y terrestre.
Perspectivas de desarrollo
El estudio verificó inicialmente la viabilidad de la distribución de claves cuánticas variables continuas bajo un canal estelar - tierra de alta pérdida de 41 db, rompió las limitaciones de cvqkd estelar - tierra que se queda en el análisis teórico y la simulación numérica, proporcionó una base experimental para la recuperación de señales cuánticas y la supresión de ruido excesivo en entornos de alta pérdida y fuerte perturbación, proporcionó un nuevo camino técnico para el diseño y despliegue de sistemas reales de distribución de claves cuánticas variables continuas estelares - tierra, y proporcionó una referencia importante para la construcción de una red de comunicación cuántica integrada espacio - tierra.
