वारसॉ विश्वविद्यालय के भौतिकी संकाय के वैज्ञानिकों की एक टीम ने शहरी बुनियादी ढांचे के भीतर क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) के लिए एक नवीन प्रणाली विकसित की है। यह प्रणाली उच्च-आयामी एन्कोडिंग का उपयोग करती है, जो 1836 में वर्णित टेम्पोरल टैलबोट प्रभाव से प्रेरित है, जिससे मौजूदा तकनीकों की तुलना में QKD सिस्टम का निर्माण सरल और अधिक स्केलेबल हो जाता है। यह शोध क्वांटम कुंजी वितरण पर केंद्रित है, जो एकल फोटॉन का उपयोग करके मजबूत एन्क्रिप्शन कुंजी स्थापित करती है।
पारंपरिक QKD सिस्टम क्यूबिट्स का उपयोग करते हैं, लेकिन अधिक जटिल अनुप्रयोगों के लिए बहु-आयामी एन्कोडिंग की आवश्यकता होती है। वारसॉ विश्वविद्यालय की टीम फोटॉन के टाइम-बिन सुपरपोज़िशन पर ध्यान केंद्रित कर रही है, जहाँ एक फोटॉन एक साथ पहले और बाद के दोनों अवस्थाओं के संयोजन में मौजूद होता है। टैलबोट प्रभाव, जो मूल रूप से एक शास्त्रीय प्रकाशिकी घटना है, समय के साथ भी घटित होता है जब प्रकाश दालों की एक श्रृंखला एक फैलाव माध्यम से गुजरती है। यह स्पेस-टाइम सादृश्य एकल फोटॉनों पर टैलबोट प्रभाव के अनुप्रयोग को सक्षम बनाता है।
विश्वविद्यालय के शोध दल ने आसानी से उपलब्ध वाणिज्यिक घटकों का उपयोग करके एक प्रयोगात्मक चार-आयामी QKD प्रणाली तैयार की है। इस प्रणाली की एक प्रमुख नवीनता यह है कि यह एकल फोटॉन डिटेक्टर के साथ कई दालों के सुपरपोज़िशन का पता लगा सकती है, जिससे जटिल इंटरफेरोमीटर नेटवर्क की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इससे मापन प्रणाली की जटिलता और लागत दोनों में काफी कमी आती है। इसके अतिरिक्त, यह नई विधि प्राप्तकर्ता के अलग, समय लेने वाले अंशांकन की आवश्यकता को समाप्त करती है।
इस नई विधि का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि यह हार्डवेयर परिवर्तनों या रिसीवर स्थिरीकरण की आवश्यकता के बिना 2D और 4D सुपरपोज़िशन दोनों का पता लगा सकती है, जो पिछली तकनीकों पर एक महत्वपूर्ण सुधार है। सिस्टम की सुरक्षा का प्रयोगशाला ऑप्टिकल फाइबर और वारसॉ विश्वविद्यालय के फाइबर बुनियादी ढांचे में कई किलोमीटर तक परीक्षण किया गया था। शोधकर्ताओं ने एक ही ट्रांसमीटर और रिसीवर का उपयोग करके दो- और चार-आयामी एन्कोडिंग के साथ QKD का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया, जिससे उच्च-आयामी एन्कोडिंग की उच्च सूचना दक्षता की पुष्टि हुई।
हालांकि QKD की सैद्धांतिक सुरक्षा एक प्रमुख लाभ है, कई QKD प्रोटोकॉल के मानक विवरण को अधूरा पाया गया है। इतालवी और जर्मन शोध समूहों के सहयोग से, सुरक्षा प्रोटोकॉल में पहचानी गई भेद्यता को समाप्त कर दिया गया। रिसीवर के संशोधन से अधिक डेटा एकत्र करना और प्रोटोकॉल की सुरक्षा बढ़ाना संभव हो गया। नए प्रोटोकॉल के सुरक्षा अध्ययन के परिणाम फिजिकल रिव्यू एप्लाइड में प्रकाशित किए गए हैं। यह प्रगति शहरी वातावरण में डेटा ट्रांसमिशन सुरक्षा को मजबूत करने की दिशा में क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के व्यावहारिक कार्यान्वयन की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करती है। उच्च-आयामी क्वांटम कुंजी वितरण (HDQKD) पारंपरिक द्विआधारी QKD प्रोटोकॉल की तुलना में उच्च सूचना दक्षता प्रदान करता है और शोर के प्रति अधिक लचीलापन दिखाता है, जिससे लंबी संचरण दूरी संभव होती है।