| 세계 최초로 자유공간 통신로에서 측정설비 무관의 양자 키분배 달성 | ||
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  중국과학기술대학교 Pan Jian-wei(潘建偉) 연구팀은 세계 최초로 장거리 자유공간 통신로에 기반한 측정설비와 무관한 양자키 분배(MDI-QKD)를 달성함으로써 MDI-QKD를 광섬유 통신로에서 자유공간 통신로로 확장하였을 뿐만 아니라 자유공간 통신로에서 장거리 양자간섭에 기반한 더 복잡한 양자정보 처리를 달성할 수 있는 가능성을 열었다. 해당 성과는 "Physics Review Letters"에 온라인으로 게재되었다. MDI-QKD 프로토콜은 쌍광자 간섭 기술을 이용하여 탐측단의 모든 보안 취약성을 제거하며 측정 단의 양자 설비에 대한 일체 보안성 가설이 필요 없기 때문에 다양한 양자 키분배 프로토콜에서 최적 후보로 간주된다. 해당 프로토콜은 2012년에 처음 제안된 후 광섬유 통신로 분야에서 신속하게 발전하여 더 먼 거리, 더 빠른 키 속도 및 네트워크 검증 등 일련의 혁신을 이루었다. 그러나 광섬유의 고유 손실로 양자 신호가 고전 통신처럼 증폭될 수 없다. 자유공간 통신로에서 진공 광신호는 손실이 아주 적고 위성을 통해 양자 통신 거리를 크게 늘릴 수 있다. 그러나 자유공간에는 대기 난류가 존재하며 불안정한 통신로에서 양자 간섭을 달성하는 것은 큰 도전이다. 자유공간 대기 난류가 공간 모드를 파괴하기 때문에 간섭을 측정하기 전에 단 모드 광섬유를 이용하여 공간 필터링을 해야 한다. 따라서 낮은 결합 효율과 강도 변동의 실험적 어려움이 있다. 연구팀은 강한 난류 저항 능력을 보유한 자기적응 광학 시스템을 개발하고 초안정적 결정 진동을 클록 소스로 하여 상술한 두 가지 어려움을 해결했다. 이어서, 칭화대학교 Wang Xiang-bin(王向斌) 교수의 4강도 최적화 프로토콜을 이용하여 상하이 도시대기 통신로에서 통신 거리가 19.2km인 최초의 자유공간 MDI-QKD를 달성했다. 해당 거리는 지구 대기의 등가 두께를 훨씬 초과하였으며 위성 기반의 MDI-QKD를 향한 확고한 발걸음을 내딛었다. 해당 연구 과정에서 획득한 일련의 관련 기술은 자유공간에서 양자 네트워크 등 양자 간섭 관련 실험을 수행하기 위한 길을 열었다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/12/450996.shtm |
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