世界は初めて量子鍵限界を突破した

世界は初めて量子鍵限界を突破しました。真の単一光子源の鍵生成率は79%上昇しました。

量子鍵配送QKD（量子鍵配送）は量子物理学の原理に基づく暗号化技術であり、通信セキュリティの強化に大きな可能性を秘めています。この技術は、光子やその他の粒子の量子状態を利用して暗号化鍵を送信します。これらの量子状態は、状態を変化させることなく複製や測定ができないため、悪意のある者が検知されることなく通信内容を傍受することが非常に困難になります。真の単一光子源（SPS）を準備することが困難なため、現在開発されている量子鍵配送（QKD）システムのほとんどは、減衰光に依存しています。光源低強度レーザーパルスなど、単一光子を模倣するシステムもあります。これらのレーザーパルスには光子が含まれない場合や複数の光子が含まれる場合もあり、システムで使用されるパルスの約37%しかセキュリティキーの生成に使用できません。中国の研究者たちは最近、これまで提案されていた量子鍵配送（QKD）システムの限界を克服することに成功しました。彼らは真の単一光子源（SPS、つまり要求に応じて個々の光子を放出できるシステム）を利用しました。

研究者の主な目標は、高輝度単一光子をオンデマンドで放出できる物理システムを構築し、これまで量子鍵配送（QKD）システムの構築に用いられてきた弱められた光源が抱えていた根本的な限界を克服することです。このシステムによって量子鍵配送（QKD）技術の信頼性と性能が向上し、将来の実世界への展開の基盤が築かれることを期待しています。現在、実験は非常に有望な結果を達成しており、SPSは非常に高い効率を示し、単一光子の放出速度を大幅に向上させることが示されています。QKDシステムセキュリティキーを生成します。 全体として、これらの調査結果はSPSベースのQKDシステムの可能性を浮き彫りにし、その性能がWCPベースのQKDシステムの性能を大幅に上回ることができることを示しています。 「SPSに基づくQKDの性能がWCPの基本的なレート限界を超えることを初めて実証しました」と研究者らは述べています。 損失14.6（1.1）dBの自由空間都市チャネルのフィールドQKDテストでは、パルスあたり1.08×10−3ビットのセキュアキーレート（SKR）を達成しました。これは、弱コヒーレント光に基づくQKDシステムの実際の限界よりも79％高いものでした。 ただし、現時点では、SPS-QKDシステムの最大チャネル損失は、WCP-QKDシステムよりもまだ低くなっています。 研究者が量子鍵配布（QKD）システムで観測したチャネル損失の低さは、システム自体に起因するものではなく、実行していたデコイフリープロトコルの残留多光子効果によるものでした。今後の研究の一環として、システムの最下層にある単一光子源（SPS）の性能をさらに最適化するか、システムにベイト状態を導入することで、システムの損失耐性を向上させることを目指しています。継続的な技術進歩により、量子鍵配送（QKD）は徐々に実用化・汎用化に向けて発展していくと考えられています。