Problem z dotychczasowymi rozwiązaniami
Podstawą bezpiecznej komunikacji kwantowej jest technika zwana Kwantową Dystrybucją Klucza (QKD). Jej zasadniczą zaletą jest to, iż każda próba przechwycenia transmisji pozostawia po sobie wykrywalny ślad. Brzmi jak ideał, ale do tej pory miał on poważne wady. Systemy były niezwykle drogie, projektowane od zera dla wąskich zastosowań. Ich zasięg był krótki, a obsługa wielu użytkowników jednocześnie – praktycznie niemożliwa. Największą ironią było jednak to, że do pokonania większej odległości trzeba było wstawiać przekaźniki. Te tak zwane „zaufane węzły” stawały się potencjalnymi punktami ataku w sieci, której celem miała być całkowita odporność na ataki. Pekiński zespół postawił na inne rozwiązanie. Zamiast udoskonalać istniejące, często niepraktyczne konstrukcje, wzięli pod lupę możliwości produkcji przemysłowej. Ich celem było stworzenie czegoś, co można wyprodukować masowo i co wyeliminuje potrzebę stosowania pośredników.
Czytaj też: Fizycy odkryli lewitujące kryształy czasu. Możesz wziąć je w ręce i wykorzystać na wiele sposobów
Podstawą nowego systemu jest specjalny układ po stronie nadawcy, nazywany supergrzebieniem optycznym. Ten miniaturowy chip, mniejszy niż paznokieć, generuje niezwykle stabilne sygnały laserowe o identycznej częstotliwości. Stabilność jego bazy czasowej to zaledwie 40 herców, co w tej dziedzinie jest wynikiem budzącym respekt. Po stronie odbiorcy pracuje 20 osobnych chipów kwantowych. W testach ich modulatory osiągały wskaźnik sukcesu na poziomie 97,5 procent. Każda para takich układów mogła wymieniać dane na dystansie 370 kilometrów.
Łącząc możliwości wszystkich dwudziestu, naukowcy uzyskali całkowitą przepustowość sieci odpowiadającą 3700 kilometrom. Klucz do sukcesu leży w produkcji. Chipy wykonano na standardowych, przemysłowych płytkach krzemowych, takich samych, na których masowo produkuje się elektronikę. To otwiera drogę do skalowania technologii bez konieczności budowania kosztownych, dedykowanych linii produkcyjnych. Równie istotne jest to, że cały system może działać w standardowej infrastrukturze światłowodowej. Nie ma potrzeby kładzenia specjalistycznych kabli, co jest ogromną przewagą nad wcześniejszymi koncepcjami.
Droga od laboratorium do miasta
Osiągnięcie jest bez wątpienia imponujące, choć autorzy badania nie ukrywają, że to dopiero początek. Ich system działa obecnie w ściśle kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Droga do komercyjnego wdrożenia, które wytrzyma wszelkie kaprysy prawdziwej sieci miejskiej, jest jeszcze długa. Kolejne kroki obejmują integrację detektorów pojedynczych fotonów i innych kluczowych komponentów bezpośrednio w strukturę chipa serwerowego. Zespół planuje też zwiększyć liczbę kanałów, co pozwoli na obsługę większej liczby klientów równolegle.
Czytaj też: Padły potworne oskarżenia. Co Chiny zrobiły w tajemnicy przed światem?
Mimo tych wyzwań, sama demonstracja ma ogromne znaczenie. Pokazuje, że budowa szerokozasięgowych sieci kwantowych jest technicznie możliwa i nie musi wiązać się z astronomicznymi kosztami budowy infrastruktury od zera. To dobra wiadomość dla rozwoju komputerów kwantowych, wszak nawet najpotężniejsza maszyna potrzebuje bowiem bezpiecznego kanału, by wymieniać dane z innymi.