Das Quantum-Key-Verteilungsnetzwerk misst Bodenvibrationen genau

Das Quantum-Key-Verteilungsnetzwerk misst Bodenvibrationen genau

Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus. In Alices (Bobs) Labor wird ein Seed-Laser mit einem Ultra-Low-Expansion (ULE)-Glashohlraum verbunden, um eine Subhertz-Linienbreite unter Verwendung der Pound-Drever-Hall (PDH) zu erreichen. [41, 42] technisch. Nach dem PDH-Locking wird bei Bob ein 500 MHz akustisch-optischer Modulator (AOM) mit einstellbarer Trägerfrequenz eingefügt, um die Frequenzdifferenz der beiden stabilen Laser zu eliminieren. Dann werden die ultrastabilen Lichtquellen jeweils in zwei Teile geteilt; einer wird für QKD verwendet, der andere wird über eine 500 km lange Frequenzkalibrierungs-Glasfaserverbindung für heterodyne Interferenzen an den anderen Benutzer gesendet. Bidirektionale erbiumdotierte Faserverstärker (BEDFAs) werden alle 50 km eingefügt, um die Leistung des übertragenen Lichts aufrechtzuerhalten, zwei AOMs mit fester Trägerfrequenz von 40 und 70 MHz werden an beiden Enden der Verbindung eingefügt, um die Reflexion im Kanal zu filtern. PD: Fotodiode. Im QKD-Teil wird das Licht mit Phasenmodulatoren (PMs) und Intensitätsmodulatoren (IMs) moduliert und mit einem Abschwächer (ATT) auf ein Einzelphotonenniveau gedämpft, um die Quantensignale mit den Phasenreferenzsignalen zu erzeugen. Das Licht wird schließlich über 329,3 und 329,4 km Ultra-Low-Loss-Faserspulen (658,7 km) zur Erkennung an Charlie gesendet. Charlie verwendet einen dichten Wellenlängenmultiplexer (DWDM), einen Zirkulator (CIR), um das Rauschen vor dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) und dem Strahlteiler (BS) zu filtern. Die Interferenzergebnisse werden von supraleitenden Nanodraht-Einzelphotonendetektoren (SNSPDs) erfasst. Zusätzlich werden die Faserdehner in den QKD-Kanal und den Wellenlängenkalibrierungskanal eingeführt, während die künstliche Vibrose entsteht. EPC: elektrische Polarisationssteuerung; PC: Polarisationssteuerung. Anerkennung: Briefe zur körperlichen Überprüfung (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.180502

Ein Forscherteam, das mit mehreren Institutionen in China verbunden ist, hat herausgefunden, dass Quantenschlüsselverteilungsnetzwerke (QKD) verwendet werden können, um Bodenvibrationen genau zu messen. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Briefe zur körperlichen Überprüfung, die Gruppe beschreibt ihre Implementierung eines glasfaserbasierten QKD-Netzwerks mit zwei Feldern über eine Entfernung von 658 km. Sie stellten auch fest, dass das Netzwerk als Mittel zur Erfassung von Bodenvibrationen im Zusammenhang mit Erdbeben oder Erdrutschen verwendet werden könnte.

QKD-Netzwerke nutzen einzigartige Quanteneigenschaften von Photonen, um Daten zu verschlüsseln, die zwischen Kommunikationsgeräten gesendet werden. Wegen ihrer Quanteneigenschaften, sind solche Netzwerke nahezu unmöglich zu hacken, ohne dass die Systemhosts die Aktivität bemerken und den Transport von Nachrichten einstellen. Aufgrund dieser Eigenschaft haben Wissenschaftler in mehreren Ländern daran gearbeitet, die Technologie für eine breite Anwendung zu verbessern. In diesem neuen Versuch entwickelten und installierten die Forscher ein faserbasiertes QKD-Netzwerk mit zwei Feldern, das die Art und Weise nutzt, wie Photonen interferieren, um Daten zu verschlüsseln, und waren überrascht, dass dies der Fall war Glasfasernetz könnte auch verwendet werden, um Bodenvibrationen zu erfassen.

In ihrer Arbeit haben die Forscher erfolgreich verschlüsselte Daten über 658 km gesendet Glasfaserkabel, was den bisherigen Streckenrekord um rund 100 km verlängert. In einem solchen Netzwerk müssen Schwankungen in der Phase des Lichts, das durch das Faserkabel läuft, bemerkt und korrigiert werden, indem das Kabel gedehnt wird, damit die Schlüsselverteilung richtig zu arbeiten. Solch Fluktuationstellten die Forscher fest, entstehen typischerweise aufgrund von Bodenvibrationen.

In ihrem und ähnlichen Systemen wird ein separates Glasfaserkabel verwendet, um die Frequenzen zwischen Knoten im Netzwerk zu sperren. Die Forscher fanden heraus, dass die Zeitinformationen im zweiten Kabel auf ungefähr einen Kilometer genau bestimmen können, wo entlang des Kabels die Fluktuation entstanden ist. Das deutet darauf hin, dass Systeme wie ihres auch als Bodenvibrationssensoren dienen könnten, die möglicherweise vor einem anhaltenden Erdbeben oder Erdrutsch warnen könnten. Für eine reale Anwendung müsste insbesondere die Datenübertragungsrate verbessert werden.


Chinesisches Team bricht Streckenrekord für quantensichere Direktkommunikation


Mehr Informationen:
Jiu-Peng Chen et al., Quantum Key Distribution over 658 km Fiber with Distributed Vibration Sensing, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.180502

© 2022 Science X Netzwerk

Zitieren: Das Quantum Key Distribution Network misst genau die Bodenvibration (2022, 18. Mai), abgerufen am 19. Mai 2022 von https://phys.org/news/2022-05-quantum-key-network-accurately-ground.html

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