研究人员将量子加密带出实验室

据悉，近日研究人员在意大利帕多瓦市使用光纤网络演示了一种自动化、易操作的量子密钥分发(QKD)系统。该现场测试代表了实现这种高度安全的量子通信技术的重要一步，该技术使用的通信网络已经在世界上许多地区存在。

量子密钥分配为数据通信提供了不可穿透的加密，因为它使用光的量子特性来生成安全的随机密钥，用于加密和解密数据。

来自意大利帕多瓦大学的研究人员表示，在安全最为重要的任何情况下，QKD都是有用的，因为它为密钥交换过程提供了无条件的安全保障。比如，它可以用来加密和认证医院之间发送的健康数据，或银行之间的转账。

在美国光学学会杂志《 Optics Letters》上研究人员报告说，他们的简单系统是稳定的，可以在标准的电信基础设施上以持续的速率生成量子安全密钥。QKD系统通常需要一个复杂的稳定系统和额外的专用同步硬件，而他们开发了一个完整的量子密钥分配系统，可以直接与标准电信设备接口连接，不需要额外的硬件进行同步。该系统易于安装在服务器机房常见的机架外壳中。

为了产生量子密钥分发所需要的量子态，研究人员开发了一种用于操纵单个光子偏振的新编码器。这种被研究人员称为iPOGNAC的编码器提供了一个固定稳定的偏振参考，不需要频繁的重新校准。这一特性也有利于自由空间和卫星量子通信，在那里重新校准很难执行。 这项技术使得当研究人员们将他们的系统从实验室转移到现场试验地点时，源已经准备好产生量子态，这就不需要执行大多数QKD系统所需要的缓慢且容易发生故障的校准程序。

研究人员还开发了一种新的同步算法，他们称之为Qubit4Sync，同步两个QKD用户的机器。新系统使用软件和用于QKD的相同光信号，而不是使用专用的附加硬件和附加的频率通道进行同步。这使得系统更小、更便宜、更容易集成到现有的光网络中。

为了测试新系统，研究人员将他们的两个量子密钥分配终端带到帕多瓦大学的两座建筑中，这两座建筑相距约3.4公里。他们将这些系统与作为该大学通信网络一部分的两条地下光纤连接起来。这些光纤支持携带量子位的量子信道和传输辅助信息所需的经典信道。

“现场试验是成功的，”研究人员说。“我们证明了我们的简单系统可以以每秒千比特的速度生成密钥，而且它在实验室外工作，几乎不需要人工干预。安装起来也很方便快捷。”

在一次公开演示中，研究人员使用他们的装置实现了帕多瓦大学校长和数学系主任之间的量子安全视频通话。研究人员指出，该系统的性能与其他商业QKD系统在密钥生成速率方面相当，同时也有更少的组件，更容易集成到现有的光纤网络中。

他们正在努力缩小探测设备的尺寸，使系统更能抵御来自同一光纤中其他光的噪声。为了开发一个完整的、自主的量子密钥分配系统，他们成立了一家名为ThinkQuantum s.r.l的子公司，该公司正致力于将这项技术商业化。

图：研究人员在意大利帕多瓦展示了一种新的简单量子密钥分配系统。城市中心的地图显示，发射器位于UniPD的ICT中心，而接收器位于数学系。发射器和接收器由部署的3.4公里光纤连接。