Naukowcy z powodzeniem zademonstrowali pierwsze brytyjskie bardzo dystansowe transfer danych w sieci komunikacyjnej kwantowej, w tym pierwszą w Wielkiej Brytanii połączenie wideo z długotrwałymi kwantami.
Zespół z uniwersytetów Bristolu i Cambridge stworzył sieć, która wykorzystuje standardową infrastrukturę włókien, ale opiera się na różnych zjawiskach kwantowych, aby umożliwić przesyłanie danych ultra-bato.
Sieć wykorzystuje dwa typy schematów dystrybucji kwantowej (QKD): „Uncoackable” klawisze szyfrowania ukryte wewnątrz cząstek światła; i rozproszone uwikłanie: zjawisko, które powoduje wewnętrznie powiązane cząstki kwantowe.
Naukowcy wykazali możliwości sieci za pośrednictwem linku do konferencji wideo na żywo, kwantowej, przeniesienia zaszyfrowanych danych medycznych i bezpieczny zdalny dostęp do rozproszonego centrum danych. Dane zostały pomyślnie przesyłane między Bristol i Cambridge – odległość światłowodowa ponad 410 kilometrów.
Po raz pierwszy z powodzeniem wykazano sieć na duże odległości, obejmująca różne technologie kwantowe, takie jak dystrybucja splątania. Naukowcy przedstawili swoje wyniki na Konferencji Komunikacji Optycznej w 2025 r. (OFC) w San Francisco.
Komunikacja kwantowa oferuje niezrównane zalety bezpieczeństwa w porównaniu z klasycznymi rozwiązaniami telekomunikacyjnymi. Technologie te są odporne na przyszłe cyberatak, nawet w przypadku komputerów kwantowych, które-po pełnym rozwinięciu-będą mogły przełamać nawet najsilniejsze obecnie używane metody kryptograficzne.
W ciągu ostatnich kilku lat naukowcy pracowali nad budowaniem i korzystaniem z sieci komunikacyjnych kwantowych. Chiny niedawno założyły ogromną sieć, która obejmuje 4600 kilometrów, łącząc pięć miast przy użyciu zarówno włókien, jak i satelitów. W Madrycie naukowcy stworzyli mniejszą sieć z dziewięcioma punktami połączenia, które wykorzystują różne typy QKD do bezpiecznego udostępniania informacji.
W 2019 r. Naukowcy z Cambridge i Toshiba wykazali sieć kwantową w skali metra, działającą z rekordową szybkością milionów kluczowych bitów na sekundę. A w 2020 r. Naukowcy z Bristolu zbudowali sieć, która mogłaby podzielić się uwikłaniem między wieloma użytkownikami. Podobne próby kwantowe zostały wykazane w Singapurze, Włoszech i USA.
Pomimo tego postępu nikt nie zbudował dużej sieci na duże odległości, która może obsługiwać oba rodzaje QKD, dystrybucję splątania i regularną transmisję danych na raz, do tej pory.
Eksperyment pokazuje potencjał sieci kwantowych w celu jednoczesnego uwzględnienia różnych podejść kwantowych z klasyczną infrastrukturą komunikacyjną. Został przeprowadzony przy użyciu brytyjskiej sieci kwantowej (UKQN), ustanowionej w ciągu ostatniej dekady przez ten sam zespół, wspierany przez finansowanie z Rady ds. Badań Nauk Engineering and Physical Sciences (EPSRC) oraz w ramach projektu Quantum Communications Hub.
„Jest to kluczowy krok w kierunku zbudowania przyszłości zabezpieczonej kwantą dla naszych społeczności i społeczeństwa”-powiedział współautor dr Rui Wang, wykładowca przyszłych sieci optycznych w grupie badawczej Smart Internet Lab Lab na University of Bristol. „Co ważniejsze, stanowi podstawę na dużą skalę internetową kwantową-łącząc węzły kwantowe i urządzenia poprzez splątanie i teleportację w skali globalnej”.
„To kulminacja ponad dziesięć lat pracy w celu zaprojektowania i budowy brytyjskiej sieci kwantowej”-powiedział współautor Adrian Wonfor z Departamentu Inżynierii Cambridge. „Nie tylko pokazuje zastosowanie wielu technologii komunikacji kwantowej, ale także bezpieczne systemy zarządzania kluczowymi wymaganymi, aby umożliwić bezproblemowe szyfrowanie między nami”.
„Jest to znaczący krok w zapewnieniu bezpieczeństwa kwantowego komunikacji, na której wszyscy polegamy w naszym codziennym życiu w skali krajowej”. powiedział współautor profesor Richard Penty, również z Cambridge i który kierował pakietem roboczym sieci kwantowych w hubie Quantum Communications. „Nie byłoby to możliwe bez ścisłej współpracy obu zespołów w Cambridge i Bristol, wsparciu naszych partnerów przemysłowych Toshiba, BT, ADTRAN i Cisco oraz naszych fundatorów w Ukri”.
„Jest to niezwykłe osiągnięcie, które podkreśla światowej klasy mocne strony w Wielkiej Brytanii w technologii sieci kwantowej”-powiedział Gerald Buller, dyrektor IQN Hub, z siedzibą w Heriot-Watt University. „Ta ekscytująca demonstracja jest dokładnie tym rodzajem pracy, którą zintegrowane sieci kwantowe będzie wspierać w nadchodzących latach, opracowując technologie, protokoły i standardy, które ustanowią odporną, przyszłą, przyszłą, krajową infrastrukturę komunikacji kwantowej”.
Obecny UKQN obejmuje dwie metropolitalne sieci kwantowe wokół Bristolu i Cambridge, które są połączone „szkieletem” czterech linków światłowodowych na długich dystansach obejmujących 410 kilometrów z trzema pośrednimi węzłami.
Sieć wykorzystuje światłowodowy światłowód w krajowym obiekcie EPSRC National Dark Fibre (który zapewnia dedykowane światłowód do celów badawczych) oraz przełączniki optyczne o niskiej zawartości strat umożliwiające rekonfigurację sieci zarówno klasycznego, jak i kwantowego ruchu sygnału.
Zespół będzie kontynuował tę pracę poprzez nowo finansowany projekt EPSRC, zintegrowane centrum kwantowe, którego wizją jest ustanowienie sieci kwantowych we wszystkich skalach odległości, od lokalnych sieci procesorów kwantowych po sieciowe sieci smaczne w skali krajowej w celu komunikacji bezpieczeństwa kwantowego, rozpowszechniania obliczeń i wykrywania, w zależności od interkonentycznych sieci.