فريق بحثي سويدي ينجح في نشر رابط توزيع المفاتيح الكمومية (QKD) بطول 303 كيلومترات

أخبار ar.wedoany.com، نجح فريق بحثي يضم جامعة لينشوبينغ (Linköping University)، والمعهد الملكي للتكنولوجيا (KTH Royal Institute of Technology)، وجامعة ستوكهولم (Stockholm University)، وجامعة تشالمرز للتكنولوجيا (Chalmers University of Technology)، في نشر رابط طويل المدى لتوزيع المفاتيح الكمومية (QKD) عبر عقد موثوقة، يبلغ طوله الإجمالي 303 كيلومترات في جنوب شرق السويد، ودمجه في شبكة اتصالات سلكية ولاسلكية ديناميكية قابلة لإعادة التشكيل. يربط هذا الهيكل الشبكي، عبر عقدة وسيطة موثوقة، مختبر الجامعة في لينشوبينغ بالمركز الكمومي الوطني في ستوكهولم، مستخدمًا مزيجًا من الألياف أحادية الوضع (SMF) القياسية طويلة المدى وأجزاء وصول من الألياف متعددة النوى (MCF) لمحاكاة بنية تحتية مؤسسية غير متجانسة.

يعمل الهيكل التجريبي على ربط رابط ألياف داكنة بطول 270 كيلومترًا تم استئجارها من شركة GlobalConnect، مع رابط وصول من الألياف متعددة النوى ذات سبعة نوى ملفوفة بطول 33 كيلومترًا. للتغلب على خسائر النقل العالية في المقطعين الرئيسيين - المقطع الفرعي لينشوبينغ-نيكوبينغ (Nyköping) بطول 110 كيلومترات (خسارة 23 ديسيبل) والمقطع نيكوبينغ-ستوكهولم بطول 160 كيلومترًا (خسارة 36 ديسيبل) - قام الباحثون بتعديل نظام ThinkQuantum (QuKy EDU Pro) التجاري. تم تعديل جهاز الاستقبال لتوصيل كاشفات الفوتون الواحد الفائقة التوصيل النانوية السلكية الخارجية (SNSPD)، لتحل محل الثنائيات الضوئية الانهيارية من نوع إنديوم-غاليوم-زرنيخيد (InGaAs) العاملة في وضع البوابات الداخلية القياسية. وفرت كاشفات SNSPD كفاءة كشف تصل إلى 93% ومعدل عد مظلم فائق الانخفاض يصل إلى ≤1 عد في الثانية، مما أدى إلى زيادة مباشرة في معدل توليد المفاتيح (SKR) على المقطع الأولي البالغ طوله 110 كيلومترات من 0.16±0.02 كيلوبت/ثانية إلى 4.75±0.71 كيلوبت/ثانية.

في رابط الوصول في لينشوبينغ باستخدام تقنية تقسيم الفضاء (SDM)، يتم توجيه القناة الكمومية بنشاط إلى الألياف عبر مبدل ألياف ضوئية متعدد المنافذ من نوع Polatis. حافظ النظام على معدل مفاتيح إيجابي عند التبديل الديناميكي لقناة QKD إلى اثنين من النوى المحددة منخفضة الخسارة، مما أجبر وحدة التحكم في الاستقطاب التلقائي على إعادة محاذاة حالة الاستقطاب بشكل مستقل في غضون عشرات الثواني في منتصف الجلسة. يتعايش هذا التدفق الكمومي مع قناة بيانات إيثرنت كلاسيكية نشطة بسرعة 10 جيجابت/ثانية (تعمل عند طول موجي 1546.12 نانومتر وبقدرة إرسال 0 ديسيبل ملي واط)، ويتم حقن ضوضاء نطاق عريض مستمرة من خلال صمام ثنائي باعث للضوء (LED) بطول موجي 1550 نانومتر، لمحاكاة التلوث المتبادل الناتج عن خدمات الاتصالات المتوازية.

على مدى أكثر من 92 ساعة من التشغيل المستمر، تقوم الطبقة المادية بإدخال كتل المفاتيح الأولية في أنظمة إدارة المفاتيح (KMS) المدمجة، والتي تم تكوينها لتنفيذ بروتوكول ترحيل المفاتيح عبر العقد الموثوقة تلقائيًا. نظرًا لأن المقطع لينشوبينغ-نيكوبينغ حافظ على إنتاجية أعلى لمتوسط توليد المفاتيح مقارنة بالمقطع عالي الخسارة نيكوبينغ-ستوكهولم، فقد استوعبت مخازن نظام إدارة المفاتيح المحلية الفرق في المعدل. تمنع هذه السعة التخزينية المؤقتة استنزاف المفاتيح على الرابط الافتراضي من طرف إلى طرف أثناء فترات التوقف المحلية للأجهزة (مثل دورة تكثيف الهيليوم التي تستمر 24 ساعة والمتأصلة في كاشفات SNSPD المبردة بالامتزاز في عقدة لينشوبينغ).

للتحقق من الفائدة العملية لمعدلات المفاتيح المتقلبة، تم تطبيق المفاتيح المُولَّدة على نقل صور آمنة من الناحية المعلوماتية باستخدام لوحة المرة الواحدة (OTP) ضمن نافذة زمنية محدودة مدتها 100 ثانية. قارن الباحثون أداء ضغط JPEG 2000 القائم على المويجات الكلاسيكية مع برنامج الترميز JPEG AI القائم على التعلم العميق على مجموعة فرعية مكونة من 2100 صورة من قاعدة بيانات NUS-WIDE. أظهرت الاختبارات أنه في ظل ميزانية مفاتيح شديدة التقييد، فإن برنامج الترميز JPEG AI المُدار بالشبكات العصبية يقلل من تخصيص البتات المطلوبة لكل حمولة، محافظًا على مقاييس تشابه إدراكي أعلى (LPIPS) ونسبة إشارة إلى ضوضاء ذروة (PSNR) مقارنة بالطرق التقليدية القائمة على التحويل، حتى في ظل حقن ضوضاء شبكة شديدة تصل إلى 3.4 ميكروواط. تتوفر المخطوطة الفنية الكاملة التي تصف تكوين الأجهزة، ونمذجة التداخل المتبادل في الألياف، ومعلمات تشفير الصور عبر مستودع arXiv مفتوح الوصول.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com