(a) Le réseau quantique est entièrement connecté par cinq sous-réseaux (A, B, C, D et E sont représentés en rouge, Orange, vert, bleu, et noir, respectivement). Les lignes pointillées entre les sous-réseaux (10 liens avec des couleurs différentes) sont les paires de photons temps-énergie corrélées entre les sous-réseaux. (b) Chaque sous-réseau (tel que le sous-réseau A) est équipé d'un séparateur de faisceau 1 × 3 et d'un module de contrôle de retard, qui divise une paire de photons enchevêtrés corrélés en fréquence (signes rouges et bleus) et les envoie à trois utilisateurs au hasard. Crédits :Zhantong Qi, Yuanhua Li, Yiwen Huang, Juan Feng, Yuanlin Zheng, et Xianfeng Chen
La communication directe sécurisée Quantum (QSDC) basée sur l'intrication peut transmettre directement des informations confidentielles. Un scientifique chinois a exploré un réseau QSDC basé sur l'intrication temps-énergie et la génération somme-fréquence. Les résultats montrent que lorsque deux utilisateurs effectuent QSDC sur 40 kilomètres de fibre optique, et le taux de transmission des informations peut être maintenu à 1Kbp/s. Notre résultat jette les bases de la réalisation d'un QSDC mondial et longue distance par satellite à l'avenir.
La communication quantique a présenté une étape révolutionnaire dans la communication sécurisée en raison de sa haute sécurité de l'information quantique, et de nombreux protocoles de communication ont été proposés, comme le protocole de communication directe sécurisée quantique (QSDC). Le QSDC basé sur l'intrication peut transmettre directement des informations confidentielles. Toute attaque de QSDC se traduit uniquement par un nombre aléatoire, et ne peut en tirer aucune information utile. Par conséquent, QSDC a des étapes de communication simples et réduit les failles de sécurité potentielles, et offre de hautes garanties de sécurité, qui garantit la sécurité et les propositions de valeur des communications quantiques en général. Cependant, l'incapacité de distinguer simultanément les quatre ensembles d'états intriqués orthogonaux codés dans les protocoles QSDC basés sur l'intrication limite son application pratique. Par ailleurs, il est important de construire un réseau quantique afin de faire de larges applications de la communication directe sécurisée quantique. La démonstration expérimentale de QSDC est absolument nécessaire.
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et application , une équipe de scientifiques, dirigé par le professeur Xianfeng Chen du State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, École de physique et d'astronomie, Université Jiao Tong de Shanghai, Chine et le professeur Yuanhua Li du Département de physique, Université normale du Jiangxi, La Chine a exploré un réseau QSDC basé sur l'intrication temps-énergie et la génération somme-fréquence (SFG). Ils présentent un réseau QSDC basé sur l'intrication entièrement connecté comprenant cinq sous-réseaux, avec 15 utilisateurs. En utilisant les corrélations fréquentielles des quinze paires de photons via le multiplexage temporel et le multiplexage dense en longueur d'onde (DWDM), ils réalisent une expérience QSDC fibre sur 40 kilomètres en impliquant une transmission en deux étapes entre chaque utilisateur. Dans ce processus, le processeur de réseau divise le spectre de la source à photon unique en 30 canaux de l'Union internationale des télécommunications (UIT). Avec ces canaux, il y aura un événement de coïncidence entre chaque utilisateur en effectuant une mesure d'état de Bell basée sur le SFG. Cela permet aux quatre ensembles d'états intriqués codés d'être identifiés simultanément sans post-sélection.
Il est bien connu que la sécurité et la fiabilité de la transmission d'informations pour QSDC est un élément essentiel dans le réseau quantique. Par conséquent, ils ont mis en œuvre des méthodes de transmission par blocs et de transmission étape par étape dans QSDC avec estimation de la capacité de confidentialité du canal quantique. Après avoir confirmé la sécurité du canal quantique, l'utilisateur légitime effectue des opérations de codage ou de décodage au sein de ces schémas de manière fiable.
(a) La structure physique du réseau quantique. Le spectre est divisé en 30 canaux de grille ITU via un DWDM 100 GHz. CH17 à CH31 sont numérotés de 1 à 15 respectivement, et les nombres de signe opposé désignent les canaux CH33-CH47 correspondants. L'architecture d'allocation de longueur d'onde est omise dans les petits blocs multiplex trapézoïdaux. Chaque petit bloc avec des symboles numériques colorés construit un groupe de longueurs d'onde distribué par le processeur de réseau. (b) Chaque paire de photon de signal et de photon libre est indiquée par les mêmes barres de couleur avec et sans signe numérique opposé. (c) Illustration des progrès du SFG. Les photons générés par paires par un processus de down-conversion paramétrique spontané sont multiplexés dans l'expérience SFG pour réaliser l'encodage et la communication quantique. Crédits :Zhantong Qi, Yuanhua Li, Yiwen Huang, Juan Feng, Yuanlin Zheng, et Xianfeng Chen
Ces scientifiques résument les résultats de l'expérience de leur schéma de réseau :
« Les résultats montrent que lorsque deux utilisateurs exécutent QSDC sur 40 kilomètres de fibre optique, la fidélité de l'état intriqué qu'ils partagent est toujours supérieure à 95%, et le taux de transmission des informations peut être maintenu à 1 Kbp/s. Notre résultat démontre la faisabilité d'un projet de réseau QSDC, et jette ainsi les bases de la réalisation à l'avenir d'un QSDC mondial et longue distance par satellite."
"Avec ce schéma, chaque utilisateur s'interconnecte avec d'autres via des paires partagées de photons intriqués de différentes longueurs d'onde. De plus, il est possible d'améliorer le débit de transmission des informations supérieur à 100 Kbp/s dans le cas des détecteurs performants, ainsi que le contrôle à grande vitesse dans le modulateur utilisé ", ont-ils ajouté.
« Il convient de noter le présent travail, qui offre une connexion QSDC point à point longue distance, combiné avec le réseau quantique à répéteur sécurisé récemment proposé de QSDC, qui offre une communication sécurisée de bout en bout sur l'ensemble de l'Internet quantique, permettra la construction d'un réseau quantique sécurisé utilisant la technologie actuelle, réalisant le grand potentiel de QSDC dans la communication future. » les scientifiques prévoient.
