Le réseau de distribution de clés quantiques mesure avec précision les vibrations du sol

Schéma du montage expérimental. Dans le laboratoire d'Alice (Bob), un laser d'ensemencement est verrouillé sur une cavité en verre à ultra-faible expansion (ULE) pour obtenir une largeur de raie inférieure au hertz en utilisant la technique Pound-Drever-Hall (PDH) [41, 42]. Après le verrouillage PDH, un modulateur acoustique-optique (AOM) de 500 MHz avec une fréquence porteuse réglable est inséré à Bob pour éliminer la différence de fréquence des deux lasers stables. Ensuite, les sources lumineuses ultrastables sont divisées en deux parties, respectivement ; l'un est utilisé pour QKD, l'autre est envoyé à l'autre utilisateur via une liaison fibre d'étalonnage de fréquence de 500 km pour les interférences hétérodynes. Des amplificateurs bidirectionnels à fibre dopée à l'erbium (BEDFA) sont insérés tous les 50 km pour maintenir la puissance de la lumière transmise, deux AOM à fréquence porteuse fixe de 40 et 70 MHz sont insérés aux deux extrémités de la liaison pour filtrer la réflexion dans le canal. DP :photodiode. Dans la partie QKD, la lumière est modulée avec des modulateurs de phase (PM) et des modulateurs d'intensité (IM) et atténuée à un niveau de photon unique avec un atténuateur (ATT), pour générer les signaux quantiques avec les signaux de référence de phase. La lumière est finalement envoyée à Charlie via des bobines de fibre à ultra-faible perte de 329,3 et 329,4 km (658,7 km) pour la détection. Charlie utilise un multiplexeur par répartition en longueur d'onde dense (DWDM), un circulateur (CIR) pour filtrer les bruits avant le séparateur de faisceau de polarisation (PBS) et le séparateur de faisceau (BS). Les résultats d'interférence sont détectés par des détecteurs à photon unique à nanofils supraconducteurs (SNSPD). De plus, les étireurs de fibre sont insérés dans le canal QKD et le canal d'étalonnage de longueur d'onde, comme la vibrose artificielle. EPC :contrôleur de polarisation électrique; PC :contrôleur de polarisation. Crédit :Lettres d'examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.128.180502

Une équipe de chercheurs affiliés à plusieurs institutions en Chine a découvert que les réseaux de distribution de clé quantique (QKD) peuvent être utilisés pour mesurer avec précision les vibrations du sol. Dans leur article publié dans la revue Physical Review Letters, le groupe décrit sa mise en œuvre d'un réseau QKD à double champ basé sur la fibre sur une distance de 658 km. Ils ont également déterminé que le réseau pourrait être utilisé comme moyen de détection des vibrations du sol associées aux tremblements de terre ou aux glissements de terrain.

Les réseaux QKD utilisent les propriétés quantiques uniques des photons pour chiffrer les données envoyées entre les appareils de communication. En raison de leurs propriétés quantiques, de tels réseaux sont presque impossibles à pirater sans que les hôtes du système remarquent l'activité et cessent le transport des messages. En raison de cette caractéristique, des scientifiques de plusieurs pays ont travaillé à l'amélioration de la technologie pour une utilisation généralisée. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont développé et installé un réseau QKD à double champ basé sur fibre qui tire parti de la façon dont les photons interfèrent comme moyen de chiffrer les données, et ont été surpris de constater que le réseau fibre pouvait également être utilisé pour détecter vibrations au sol.

Dans leur travail, les chercheurs ont réussi à envoyer des données cryptées sur un câble à fibre de 658 km, prolongeant le précédent record de distance d'environ 100 km. Dans un tel réseau, les fluctuations de la phase de la lumière traversant le câble à fibre doivent être remarquées et corrigées en étirant le câble pour que la distribution de clé fonctionne correctement. De telles fluctuations, ont noté les chercheurs, sont généralement dues aux vibrations du sol.

Dans leur système et d'autres similaires, un câble à fibre séparé est utilisé pour verrouiller les fréquences entre les nœuds du réseau. Les chercheurs ont découvert que les informations de synchronisation dans le deuxième câble peuvent déterminer avec précision, à environ 1 kilomètre près, où le long du câble la fluctuation a été créée. Cela suggère que des systèmes tels que les leurs pourraient également servir de capteurs de vibrations au sol, avertissant éventuellement d'un tremblement de terre ou d'un glissement de terrain en cours. Notamment, pour une application dans le monde réel, le taux de transfert de données devrait être amélioré. + Explorer plus loin