世界は初めて量子鍵の限界を突破した

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

量子鍵配送量子鍵配送（QKD）は、量子物理学の原理に基づいた暗号化技術であり、通信セキュリティの向上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鍵を送信します。これらの量子状態は、状態を変化させずに複製または測定することができないため、悪意のある第三者が検知されずに両者間の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）の準備が困難であるため、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。光源低強度のレーザーパルスなど、単一光子をシミュレートするレーザーパルス。これらのレーザーパルスには光子が含まれていない場合や複数の光子が含まれている場合もあるため、システムで使用されるパルスの約 37% だけがセキュリティキーの生成に使用できます。中国の研究者は最近、以前提案された量子鍵配送 (QKD) システムの制限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、要求に応じて高輝度の単一光子を放出できる物理システムを構築し、それによって、過去に量子鍵配送（QKD）システムの構築に使用されてきた弱体化した光源が抱えていた根本的な制約を克服することです。彼らは、このシステムが量子鍵配送（QKD）技術の信頼性と性能を向上させ、それによって実世界環境への将来的な展開の基盤を築くことを期待しています。現在、この実験は非常に有望な結果を達成しており、彼らのSPSは極めて高い効率を持ち、QKDシステムセキュリティキーを生成します。全体として、これらの発見はSPSベースのQKDシステムの可能性を強調しており、そのパフォーマンスがWCPベースのQKDシステムのパフォーマンスを大幅に上回ることができることを示しています。「SPSベースのQKDのパフォーマンスがWCPの基本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。14.6(1.1) dBの損失がある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%高い値です。しかし、現時点では、SPS-QKDシステムの最大チャネル損失は、WCP-QKDシステムのそれよりも低いままです。研究者らが量子鍵配送(QKD)システムで観測した低いチャネル損失は、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起因するものでした。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したり、システムにベイト状態を導入したりすることで、システムの損失耐性を向上させることを目指している。継続的な技術進歩により、量子鍵配送（QKD）は徐々に実用的かつ汎用的な応用へと発展していくと考えられている。