利用光子颜色实现高性能量子互联网
汉诺威莱布尼茨大学的两位研究人员首次展示了一种利用光子颜色实现动态可调、资源最小化的量子密钥分发技术。 )<&QcO_
互联网上的数据安全正面临威胁：未来，量子计算机可能瞬间解码通过互联网发送的加密文件。因此，全球研究人员正在试验量子网络，这些网络在全球连接形成量子互联网时，将带来未来通信的范式转变。通过量子力学现象（如叠加和纠缠）以及量子密码协议，这类系统能够确保通信的防窃听性。然而，量子互联网仍处于起步阶段：高昂的成本、高能耗以及所需技术的高度复杂性，使得量子网络难以轻松扩展。 Q^OzFfR6
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汉诺威莱布尼茨大学光子学研究所的两位研究人员希望改变这一现状。他们利用频率编码技术，开发了一种基于纠缠的量子密钥分发新方法。这种量子力学加密技术使用不同的光频率（即颜色）来编码相应的量子态，从而提高了安全性和资源效率。光子学研究所所长、汉诺威莱布尼茨大学PhoenixD卓越集群董事会成员Michael Kues教授表示：“我们的方法未来可能使量子网络扩展，同时使用更少的资源连接更多用户，覆盖更远距离。”光学技术和光子量子比特的研究是该大学的重点研究领域之一。 'r0gqtB
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使用频率作为自由度来实现基于纠缠的量子密钥分发有两个优势。光子学研究所博士生Anahita Khodadad Kashi表示：“首先，与偏振相比，频率对噪声非常鲁棒，光纤中的温度波动和机械振动等环境因素会引发噪声并干扰密钥传输。第二个优势是，通过使用频率，我们能够降低过程的复杂性，从而降低成本。” .:/@<V+K
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研究人员成功使用单个探测器而非四个高灵敏度光子探测器测量了光粒子的量子态。为了进行所需的四次测量，他们采用了一种称为频率-时间转换的方法，将频率分量映射到光子到达探测器的时间。Kues表示，这将标准电信组件的成本从约10万欧元降低到四分之一。Khodadad Kashi补充道：“此外，探测器攻击的脆弱性降低，系统变得更加安全。” $P~ a
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该方法同时使用多个通道，这种所谓的自适应频分复用技术还提高了密钥分发速率，而无需额外的技术设备。Khodadad Kashi表示：“通过这种方法，量子网络的性能能够动态适应当前负载。”Kues指出：“未来，我们的方法将实现多用户之间动态、资源最小化的量子密钥分发，从而使量子网络具备可扩展性。量子网络将成为关键IT基础设施（如银行和医疗领域）更加安全的重要基石。” )c/BD C7g
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Kues认为，需要进一步研究纳米光子学与量子光学的相互作用，以开发更多方法和组件，生成广泛的量子态，用于量子信息的多维编码。他表示：“随着量子网络的发展，未来我们将体验到量子通信在连接性、容量、范围和安全方面的新质量。” SfR_#"Uu
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该研究由TÜV Nord / Alter Technology、德国联邦教育与研究部（BMBF）和欧洲研究理事会（ERC）资助，研究成果发表在《光：科学与应用》期刊上。 R& A.F+Zgt
相关链接：https://doi.org/10.1038/s41377-024-01696-8
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