Tinitiis ng Sistemang Quantum Key ng Tsina ang Matinding Ingay at Nakikibahagi sa Hibla sa Layo na 150 Kilometro

Mas napapalapit sa karaniwang network ng telekomunikasyon ang isang eksperimento sa seguridad na quantum

Ipinakita ng isang pangkat ng mga mananaliksik na Tsino ang pamamahagi ng quantum key na may tolerance sa ingay na 425 kilohertz at sinubukan ang sabayang transmisyon nito kasama ng karaniwang komunikasyong optikal sa 150 kilometro ng pinagsasaluhang hibla. Tinutugunan ng pag-aaral ang isang praktikal na hadlang sa mga secure na quantum network: kung paano mapananatiling magagamit ang marurupok na quantum signal kapag nakasabay ng mas malalakas na signal na dala ng mga kagamitan sa telekomunikasyon.

Pinangunahan ang pangkat ni akademisyan Guo Guangcan ng University of Science and Technology of China, kasama ang Henan Provincial Key Laboratory of Quantum Information and Quantum Cryptography at Nanjing University of Posts and Telecommunications. Kabilang sa mga mananaliksik sina Han Zhengfu, Chen Wei, Yin Zhenqiang at Wang Shuang.

Inilalarawan sa artikulo nila sa Physical Review Letters, na inilathala ng American Physical Society noong Setyembre 30, 2026, ang sistemang gumagana sa repetition frequency na 2.5 gigahertz. Iniulat dito ang pagbuo ng secure key sa presensiya ng 425 kilohertz na bilang ng ingay, apat na order of magnitude na mas mataas sa tolerance ng mga nakabukod na sistema, at secure key rate na nasa antas ng kilobits kada segundo sa ilalim ng 30 decibel na attenuation ng channel.

Sinusukat ng mga resultang ito ang magkakaibang aspekto ng pagganap. Inilalarawan ng repetition frequency kung gaano kabilis gumagana ang sistema; sinusukat ng bilang ng ingay ang mga hindi gustong event ng detection; at ipinakikita ng secure key rate kung gaano karaming magagamit na lihim na key ang nalilikha matapos ang pagproseso. Mahalaga na magkahiwalay na unawain ang mga bilang na ito upang malaman kung ano talaga ang ipinakikita ng eksperimento.

Pinagsasama ng pangunahing pagsulong ang paraang tinatawag na advantage distillation, mabilis na pag-encode ng signal at maliliit na semiconductor detector. Sa halip na umasa lamang sa pagharang sa ingay upang maprotektahan ang mga quantum signal, binago rin ng mga mananaliksik kung paano pinoproseso ang maingay na key data.

Ano ang pinoprotektahan?

Pinahihintulutan ng quantum key distribution, o QKD, ang dalawang panig na magtatag ng iisang lihim na key gamit ang mga quantum state. Maaari nang gamitin ang key na iyon para suportahan ang naka-encrypt na komunikasyon. Pamamahagi ng mga key ang paksa ng eksperimento, hindi ang pagpapadala ng karaniwang mensahe sa operating frequency na 2.5 gigahertz ng sistema.

Ang bentahe nito ay seguridad na nakabatay sa teorya ng impormasyon: sa ilalim ng mga palagay ng protocol, hindi nakasalalay ang pagiging lihim sa kawalan ng kakayahan ng umaatake na lumutas ng mahirap na problemang matematikal. Sa pamamagitan ng mga quantum signal at pagsusuring isinasagawa habang bumubuo ng key, matitimbang ng mga kalahok kung makakakuha sila ng lihim na key mula sa kanilang mga sukat.

Gumagamit ang pag-aaral na ito ng measurement device independent QKD, na karaniwang dinadaglat na MDI QKD. Hindi kailangang pagkatiwalaan ang mga kagamitan sa pagsukat para matiyak ang seguridad nito. Mahalaga ito dahil maaari kung hindi ay magpasok ng mga kahinaan ang mga detector sa praktikal na pagpapatupad, kahit matibay ang batayang quantum protocol.

Hindi ibig sabihin ng katawagang ito na maaaring balewalain o ituring na ligtas ang lahat ng bahagi ng network. Mahalaga pa rin ang paghahanda ng signal at ang iba pang palagay ng protocol. Ang partikular na pakinabang nito ay hindi na kailangang pagkatiwalaan ang mga measurement device habang patuloy na nakakabuo ng lihim na key sa isang mahirap na kapaligirang optikal.

Bakit malaking hadlang ang liwanag mula sa paligid

Gumagamit ang komunikasyong quantum ng napakahihinang signal na optikal. Mas malalakas ang signal na dinadala ng karaniwang kagamitan sa telekomunikasyon, at maaari itong makalikha ng dagdag na liwanag sa pamamagitan ng mga nonlinear effect sa hibla. Maaaring magdulot ang di-gustong liwanag na ito ng mga event ng detection na hindi kumakatawan sa nilalayong quantum information.

Higit pa sa maingay na koneksiyon ang problemang nalilikha nito. Kung napakarami ng error o napakakaunti ng kapaki-pakinabang na ugnayan sa datos ng pagsukat, maaaring hindi makakuha ng secure key ang mga kalahok. Kaya posibleng gumana nang optikal ang isang sistema ngunit hindi naman makapaghatid ng magagamit na lihim na impormasyon.

May kaugnay na hamon ang mga link na gumagamit ng malayang espasyo, ngunit iba ang pinagmumulan nito. Maaaring maapektuhan ng matinding liwanag mula sa paligid, kabilang ang sikat ng araw, ang mga koneksiyon sa satellite at mga plataporma gaya ng drone. Binabanggit sa pananaliksik ang mga kapaligirang ito bilang mga dahilan para pataasin ang tolerance sa ingay, bagaman hiblang optikal ang ginamit sa iniulat na eksperimento ng sabayang transmisyon sa 150 kilometro.

Nakakatulong ang mga filter na harangin ang di-gustong liwanag, ngunit may hangganan ang mga ito. Maaari ring maalis ng mga filter ang mga kapaki-pakinabang na signal at magdagdag ng komplikasyon sa kagamitan. Tinutugunan ng pamamaraan ng pangkat ang problema sa antas ng pisikal na sistema at pagproseso ng datos, sa pamamagitan ng pagsasama ng low-noise detection at paraang nilayong kumuha ng mga lihim na key mula sa mas maingay na tala ng pagsukat.

Paano binabago ng advantage distillation ang pagkalkula

Pinoproseso ng advantage distillation nang panggrupo ang hilaw na datos ng key upang mapahusay ang mga ugnayang magagamit sa pagbuo ng lihim na key. Ang hilaw na datos ang mga paunang tala na nalilikha bago matapos ng mga kalahok ang mga pagsusuri at pagproseso para makapagtatag ng magagamit na lihim na key.

Pinipili ng paraang ito kung anong datos ang ipoproseso. Sa halip na ituring na magkakaparehong kapaki-pakinabang ang bawat elemento ng hilaw na key, ginagamit ng pamamaraan ang mga ugnayan sa loob ng mga grupo upang mapanatili ang datos na mas angkop sa pagbuo ng lihim na key. Hindi nito kayang gawing walang epekto ang anumang uri ng ingay, ngunit maaari nitong palawakin ang mga kundisyong nagbibigay-daan upang makuha ang kapaki-pakinabang na lihim.

Bumuo ang mga mananaliksik ng pagsusuri sa haba ng finite key para sa advantage distillation sa kanilang sistema. Tinutugunan nito ang mahalagang praktikal na pagkakaiba: limitado ang dami ng datos na nakokolekta sa mga eksperimento, samantalang maaaring ipagpalagay ng mga kalkulasyong ideyal na walang hanggan ang laki ng mga set ng datos. Dapat isaalang-alang sa seguridad at pagganap ang kawalang-katiyakang estadistikal na dulot ng limitadong koleksiyon ng datos.

Ang unang naitala rito ay ang praktikal na pagpapatupad ng MDI QKD na batay sa advantage distillation, na sinusuportahan ng teoretikal na pag-aaral at ng pang-eksperimentong hardware. Hindi sinasabi rito na sa pag-aaral na ito unang naimbento ang advantage distillation.

Mahalaga ang hardware dahil hindi kayang palitan ng pagproseso ng datos ang pangangailangan para sa magagamit na mga sukat. Nagbibigay ang mabilis at sabayang pag-encode ng quantum signal sa mataas na bilis, habang sinusuportahan naman ng maliliit na semiconductor single-photon detector ang low-noise detection nang hindi nangangailangan ng malalaki at masinsin sa yaman na kagamitang pang-detection na tinalakay sa artikulo.

Ano talaga ang ipinakikita ng mga bilang sa pagganap

Katumbas ng 425,000 bilang ng ingay bawat segundo ang 425 kilohertz na threshold ng ingay ng sistema. Iniulat sa artikulo na maaari pa ring makabuo ng mga secure key sa ganitong antas ng ingay. Bilang ng detection ito, hindi sukat ng lakas ng liwanag o bilis ng pag-encrypt ng mga mensahe.

Ang apat na order of magnitude ay nangangahulugang salik na 10,000. Kaya inilalarawan ng paghahambing sa pag-aaral ang napakalaking pagtaas ng tolerance sa ingay kumpara sa mga nakabukod na sistemang ginamit bilang batayan. Hindi ito dapat unawain bilang pangkalahatang paghahambing ng pagganap sa bawat umiiral na instalasyon ng QKD.

Dalawang order of magnitude, o salik na 100, ang iniulat na pagtaas sa kakayahang bumuo ng secure key. Hiwalay itong resulta sa 10,000 ulit na pagtaas ng tolerance sa ingay. Inilalarawan ng una ang kakayahang gumawa ng mga secure key; inilalarawan naman ng ikalawa kung gaano karaming ingay ang kayang tiisin ng sistema.

Sa 2.5 gigahertz, gumagana ang sistema sa bilis na 2.5 bilyong ulit bawat segundo. Mas mababa ang pinal na output nitong secure key dahil nakasalalay sa pagkalugi ng liwanag, matagumpay na mga event ng pagsukat at pagproseso para sa seguridad kung gaano karaming magagamit na lihim na impormasyon ang matitira. Iniulat sa artikulo ang output na nasa antas ng kilobits kada segundo sa ilalim ng 30 decibel na attenuation, ngunit walang ibinigay na eksaktong rate sa abstrak nito.

Tatlumpung decibel na pagkalugi at 150 kilometro ng pinagsasaluhang hibla

Ang attenuation na 30 decibel ng channel ay nangangahulugang nababawasan nang salik na 1,000 ang lakas ng liwanag, kaya naiiwan ang isang-libo ng lakas sa input matapos ang nakasaad na pagkalugi. Ipinakikita ng pagbuo ng mga secure key sa antas ng kilobits kada segundo sa ganitong kondisyon na gumagana ang sistema kahit malaki ang pagkawala ng signal.

Sa hiwalay na demonstrasyon ng sabayang transmisyon, ikinonekta ang quantum system sa kasalukuyang kagamitan sa komunikasyong optikal na ibinigay ng China Unicom. Ipinadala ang quantum key distribution at karaniwang komunikasyong optikal sa iisang hibla sa layong 150 kilometro, isang distansiyang mahalaga para sa mga koneksiyon sa pagitan ng mga lungsod.

Praktikal na pagsubok ang pagsasaluhan ng hibla dahil hindi laging maaasahan ng isang quantum network ang pagkakaroon ng rutang optikal na nakalaan lamang sa mahihinang quantum signal. Sa sabayang paggamit, nasasangkot ang sistema sa mga kagamitan at mas malalakas na liwanag na kaugnay ng karaniwang komunikasyon.

Itinatatag sa abstrak na inilathala at sa mga paglalarawan ng eksperimento ang threshold ng ingay, ang key rate sa ilalim ng attenuation at ang distansiya ng pinagsasaluhang hibla. Hindi naman nito itinatatag na sabay-sabay na naganap sa iisang kundisyon ng pagpapatakbo ang pinakamataas na antas ng ingay, ang pamantayan ng attenuation at ang transmisyon sa 150 kilometro. Naiiwasan ang pagpapalabis sa resulta kapag itinuring ang mga ito bilang magkakahiwalay na benchmark na iniulat sa pag-aaral.

Mga petsa ng publikasyon at mga hangganan ng pahayag tungkol sa pag-deploy

Lumabas ang pananaliksik sa Physical Review Letters bago ang kasunod na ulat tungkol sa pagtutulungan at sa eksperimento sa China Unicom. Ganito ang pagkakasunod-sunod ng mga publikasyon:

• Setyembre 30, 2026: Inilathala ang artikulo sa Physical Review Letters. Iniulat dito ang sistemang 2.5 gigahertz, tolerance sa ingay na 425 kilohertz at pagbuo ng secure key sa ilalim ng 30 decibel na attenuation.
• Oktubre 9, 2026: Inilarawan sa kasunod na ulat ang mga kalahok na institusyon at ang demonstrasyon ng pinagsasaluhang hibla sa 150 kilometro gamit ang kagamitan ng China Unicom.

Sabay na tinutugunan ng pagsasama ng maliliit na detector, mataas na bilis ng pagpapatakbo, tolerance sa liwanag mula sa paligid at transmisyon sa pinagsasaluhang hibla ang ilang praktikal na pangangailangan. Inilalahad sa akademikong artikulo ang sistema bilang solusyon para mag-deploy ng mga quantum secure network na may matibay na seguridad, kapaki-pakinabang na output ng key at katatagan laban sa ingay mula sa kapaligiran.

Mas malawak ang konklusyong ito kaysa sa patunay ng karaniwang serbisyong pangkomersiyo. Walang ibinigay sa mga iniulat na detalye tungkol sa halaga ng kagamitan, tuluy-tuloy na oras ng pagpapatakbo, mga pangangailangan sa maintenance o iskedyul ng pag-deploy ng network. Hindi rin nito pinatutunayan ang isang demonstrasyon gamit ang satellite o drone. Bagaman dahilan ang mga kapaligirang ito para isagawa ang pananaliksik, hibla ang paksa ng kongkretong resulta sa sabayang paggamit ng network.

Ano ang ipinagbubukas nito para sa praktikal na komunikasyong quantum

Ang pinakamahalagang ugnayan ng mga resulta ay sabay na tinugunan sa iisang programa ng pananaliksik ang tolerance sa ingay at pagiging tugma sa kasalukuyang imprastraktura. Ibang problema ang nalulutas ng mabilis na sistemang nakakulong sa nakabukod na kapaligiran kumpara sa sistemang kayang makibahagi sa hibla kasama ng karaniwang kagamitan sa komunikasyon.

Ipinakikita rin ng pag-aaral kung bakit hindi sapat na sukatan ng progreso ang operating frequency lamang. Nakabatay ang praktikal na halaga nito sa kung maisasalin ang bilis na iyon sa mga secure key matapos isaalang-alang ang pagkalugi, mga hindi gustong detection at pagproseso ng limitadong datos. Tinutulungan ng paraan ng advantage distillation na maiugnay ang mabilis na pagpapatakbo ng hardware sa kapaki-pakinabang na output kahit may ingay.

Nagbibigay ang pagsubok sa 150 kilometro ng kongkretong halimbawa kung saan maaaring maging mahalaga ang mga pagsulong na ito: komunikasyon sa pagitan ng mga lungsod gamit ang pinagsasaluhang imprastraktura ng optika. Para masuri ang kahandaan sa pag-deploy, kakailanganin ang mga detalye sa pagpapatakbo na wala sa mga resultang ito, kabilang ang tuluy-tuloy na pagganap at mga gastos. Walang itinakdang deadline ng pag-deploy o petsa ng susunod na pagsubok.

Mahahalagang Punto

• Ipinakita ng University of Science and Technology of China at mga katuwang nito ang MDI QKD gamit ang advantage distillation at maliliit na semiconductor detector.
• Gumagana ang sistema sa 2.5 gigahertz at nakakabuo ng mga secure key sa presensiya ng 425 kilohertz na bilang ng ingay.
• Apat na order of magnitude ang iniulat na itinaas ng tolerance sa ingay, katumbas ng salik na 10,000 kumpara sa mga sistemang ginamit bilang batayan.
• Iniulat sa artikulo ang secure key rate na nasa antas ng kilobits kada segundo sa ilalim ng 30 decibel na attenuation ng channel.
• Gumamit ang hiwalay na demonstrasyon ng kagamitan sa komunikasyong optikal ng China Unicom upang magsagawa ng transmisyon sa pinagsasaluhang hibla sa layong 150 kilometro.
• Hindi pinatutunayan ng mga resulta ang karaniwang operasyon pangkomersiyo, iskedyul ng pag-deploy o demonstrasyon ng link sa satellite.