Учёные Ганноверского университета имени Лейбница разработали новый метод квантового распределения ключей, который может сделать квантовые сети более доступными и эффективными. Профессор Михаэль Куэс и аспирантка Анахита Ходадад Каши из Института фотоники предложили использовать частотно-бинарное кодирование для шифрования квантовых состояний.

Этот метод использует различные частоты (цвета) для кодирования квантовых состояний, что повышает безопасность и эффективность использования ресурсов. По словам профессора Куэса, их подход может позволить в будущем масштабировать квантовые сети, используя меньше ресурсов для подключения большего числа пользователей на больших расстояниях.

Использование частоты в качестве степени свободы для квантового распределения ключей имеет два основных преимущества. Во-первых, по сравнению с поляризацией, частота очень устойчива к шумам, вызванным факторами окружающей среды, такими как колебания температуры и механические вибрации в оптических волокнах. Во-вторых, использование частоты позволило снизить сложность процесса и, следовательно, затраты.

Учёным удалось измерить квантовые состояния световых частиц, используя один детектор вместо четырёх высокочувствительных фотонных детекторов. Для проведения четырёх необходимых измерений они использовали метод преобразования частоты во время, который отображает частотные компоненты во время прибытия фотона на детектор.

Профессор Куэс отмечает, что это снизило затраты на стандартные телекоммуникационные компоненты с примерно 100 000 евро до четверти этой суммы. Кроме того, уменьшается уязвимость к атакам на детекторы, и система становится более безопасной.

Метод использует не один, а несколько каналов одновременно. Это так называемое адаптивное частотное мультиплексирование также увеличивает скорость распределения ключей без необходимости в дополнительных технических устройствах. По словам Ходадад Каши, при таком подходе производительность квантовой сети динамически адаптируется к текущей нагрузке.

Профессор Куэс видит необходимость в дальнейших исследованиях взаимодействия нанофотоники с квантовой оптикой для разработки дополнительных методов и компонентов для генерации широкого спектра квантовых состояний для многомерного кодирования квантовой информации.

Исследователи уверены, что квантовые сети станут важным элементом повышения безопасности критически важной ИТ-инфраструктуры, например, в банковском секторе и здравоохранении.