ICT/융합

509Km: 광섬유 양자 통신의 신기록 달성

발행일 : 2020 / 03 / 05

지난(济南)양자기술연구원 왕샹빈(王向斌), 류양(刘洋) 연구팀과 중국과학기술대학교 판젠웨이(潘建伟) 연구팀은 공동으로 장거리 더블 필드 양자 키 분배 가능성의 최초 실험 검증에 이어 300Km 실제 환경 광섬유에서 더블필드 양자 키 분배 실험에 성공한 후, 509Km 실제 환경 광섬유에서 더블 필드 양자 키 분배(TF-QKD)에 성공함으로써 양자 키 분배의 최장 전송 거리 신기록을 세웠다. 해당 성과는 “Physical Review Letters”에 온라인으로 게재되었다.

양자 키 분배(QKD)의 장거리 실제 응용에서 채널 소모는 가장 심각한 제한 요소이다. TF-QKD는 단일 광자 간섭을 효과적인 감지 이벤트로 이용하여 안전 코딩 속도를 채널 감쇠의 제곱근에 따라 선형으로 감소시키며 무중계 상황에서도 QKD 코딩 속도의 선형 한계를 쉽게 깰 수 있다. 그러나 TF-QKD의 구현 조건은 매우 까다로워 두 개의 원격 독립 레이저의 단일 광자급 간섭이 있어야 함과 아울러, 단일 광자 검출 결과를 통해 장거리 광섬유 링크의 상대적 위상 쾌속 드리프트의 정확한 추산을 구현해야 한다.

해당 연구는 이론적으로 왕샹빈 교수가 제안한 “전송-불전송” 더블 필드 양자 키 분배 프로토콜에 기반하여 위상 노이즈에 대한 시스템의 내성을 크게 향상시켰다. 실험적으로, 시간-주파수 전송 기법을 이용하여 두 개의 독립 원격 레이저의 파장을 동일하게 잠구고 추가 위상 기준광을 이용하여 광섬유의 상대적 위상 쾌속 드리프트를 추산함으로써 측정 장치와 관계없이 안전 속성을 확보했다. 최종, 실험실에서 QKD 안전 코딩 거리를 509Km로 확장하여 기존의 무중계 QKD에 의해 제한된 절대 이론적 코딩 속도 한계를 극복했다. 기타 더블 필드 QKD 실험과 비교할 경우, 해당 연구는 안전성에서 독보적인 장점을 보유한다. 다시 말해서 측정 장치와 무관할 뿐만 아니라 제한된 코드 길이 조건에서의 안전성도 충분히 고려했다. 시스템 중복 주파수를 베이징-상하이 통신간선과 같은 장거리 양자 통신 네트워크에서 사용되는 1GHz로 업그레이드할 경우, 300Km되는 곳에서 코딩 속도가 5kbps에 달할 수 있으며 이는 백본 광섬유 양자 통신 네트워크의 신뢰 가능성 릴레이의 수를 대량 감소하고 광섬유 양자 보안 통신 네트워크의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

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