انقلابی در ارتباطات امن با اولین تماس ویدیویی کوانتومی بریتانیا

این دستاورد با استفاده از زیرساخت فیبر نوری استاندارد و ترکیب دو روش توزیع کلید کوانتومی (QKD)، یکی بر پایه ذرات نور و دیگری با استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتومی، به دست آمده است. این شبکه که بر پایه «شبکه کوانتومی بریتانیا» (UKQN) ساخته شده، شامل سوئیچ‌های نوری کم تلفات و لینک‌های قابل تنظیم مجدد بر روی «تاسیسات ملی فیبر تاریک EPSRC» است. آزمایش‌ها شامل انتقال امن داده‌های پزشکی و دسترسی ایمن به مراکز داده از راه دور بود. این نخستین آزمایش واقعی شبکه‌ای کوانتومی با چند فناوری در این مقیاس است و راه را برای اینترنت کوانتومی مقیاس‌پذیر و ایمن هموار می‌کند.
پژوهشگران دانشگاه‌های بریستول و کمبریج با موفقیت نخستین انتقال داده‌ای امن با فناوری کوانتومی در مسافت طولانی بریتانیا را به نمایش گذاشتند—بیش از ۴۱۰ کیلومتر فیبر نوری—که یک نقطه‌ی عطف مهم در شبکه‌سازی کوانتومی محسوب می‌شود. این دستاورد شامل نخستین تماس ویدیویی رمزگذاری‌شده کوانتومی در این فاصله نیز بود. این شبکه دو تکنیک توزیع کلید کوانتومی (QKD) را ترکیب می‌کند: (۱) QKD با متغیر گسسته که کلید‌ها در فوتون‌های منفرد تعبیه می‌شوند، و (۲) درهم‌تنیدگی توزیع‌شده که در آن ذرات کوانتومی از راه دور به‌طور ذاتی به یکدیگر مرتبط باقی می‌مانند.

این نخستین بار است که شبکه‌ای بلندبرد QKD و توزیع درهم‌تنیدگی را به همراه انتقال داده‌ی کلاسیک ترکیب کرده است. این زیرساخت بر پایه «شبکه کوانتومی بریتانیا» (UKQN) ساخته شده که در دهه‌ی گذشته با حمایت EPSRC و هاب ارتباطات کوانتومی توسعه یافته و شبکه‌های کوانتومی شهری بریستول و کمبریج را از طریق چهار لینک فیبر نوری بلند و سه گره‌ی میانی به هم متصل می‌کند.

در این سیستم از فیبر تک‌مد شرکت‌کننده در «زیرساخت ملی تاریک فیبر نوری EPSRC» یا همان EPSRC National Dark Fiber Facility و سوئیچ‌های نوری کم‌تلفات استفاده شده که امکان پیکربندی مجدد سیگنال‌های کوانتومی و کلاسیک را به‌صورت دینامیکی فراهم می‌کنند. پژوهشگران با موفقیت تماس ویدیویی امن، انتقال رمزگذاری‌شده‌ی داده‌های پزشکی و دسترسی از راه دور به مراکز داده توزیع‌شده را انجام دادند که همگی با کلید‌های امن کوانتومی رمزگذاری شده بودند.

در این مقاله پژوهشگران تأکید کردند که این زیرساخت، رمزگذاری سرتاسری با مدیریت کلید آنی را پشتیبانی می‌کند و نشان می‌دهد که چگونه می‌توان سامانه‌های امن کوانتومی را روی شبکه‌های مخابراتی موجود پیاده‌سازی کرد. این دستاورد نتیجه‌ی بیش از ده سال همکاری مستمر است و پایه‌گذار اینترنت کوانتومی خواهد بود، جایی که دستگاه‌ها و پردازنده‌های کوانتومی می‌توانند از طریق درهم‌تنیدگی و تله‌پورت کوانتومی در مقیاس ملی یا حتی جهانی به یکدیگر متصل شوند.

مرحله‌ بعدی این پروژه تحت «هاب یکپارچه‌ شبکه‌های کوانتومی» توسعه خواهد یافت؛ ابتکاری که هدف آن ساخت شبکه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر از اتصال محلی پردازنده‌های کوانتومی تا پیوند‌های بین‌قاره‌ای از طریق ماهواره‌های مدار پایین زمین است.