Wetenschappers van de Faculteit Natuurkunde van de Universiteit van Warschau hebben een nieuw systeem voor quantum sleuteldistributie (QKD) ontwikkeld en getest, dat gebruikmaakt van het temporele Talbot-effect voor hoogdimensionale codering. Dit systeem is ontworpen voor gebruik binnen stedelijke infrastructuur en biedt een vereenvoudigde en schaalbaardere constructie vergeleken met bestaande QKD-technologieën.
Waar traditionele QKD qubits gebruikt, verkent dit nieuwe systeem complexere quantumtoestanden die meerdere waarden kunnen representeren. De methode maakt gebruik van tijd-bin superposities van fotonen, waarbij informatie wordt gecodeerd in de fase van de lichtgolf. Het Talbot-effect, een optisch fenomeen uit 1836, wordt toegepast op enkele fotonen om quantumtoestanden te analyseren en te verwerken.
Het ontwikkelde experimentele vierdimensionale QKD-systeem maakt gebruik van standaard commerciële componenten en kan superposities van meerdere pulsen detecteren met slechts één foton detector. Dit elimineert de noodzaak voor complexe interferometer netwerken, wat zowel de complexiteit als de kosten van het meetsysteem aanzienlijk vermindert. Bovendien wordt de noodzaak van tijdrovende kalibratie van de ontvanger omzeild.
De beveiliging van het systeem werd getest in laboratoriumomstandigheden en de glasvezelinfrastructuur van de Universiteit van Warschau over enkele kilometers. De onderzoekers demonstreerden succesvol QKD met twee- en vierdimensionale codering, wat de hogere informatie-efficiëntie van hoogdimensionale codering bevestigt. Om een kwetsbaarheid in de standaardbeschrijving van QKD-protocollen aan te pakken, is in samenwerking met Italiaanse en Duitse onderzoeksgroepen een aanpassing aan de ontvanger ontwikkeld die meer gegevens verzamelt en de beveiligingsfout elimineert. Het beveiligingsbewijs van het nieuwe protocol is gepubliceerd in Physical Review Applied.
Deze vooruitgang is een belangrijke stap richting de praktische implementatie van quantumcryptografie, met potentieel voor versterkte dataveiligheid in stedelijke omgevingen. Het onderzoek benadrukt het belang van fundamenteel natuurkundig onderzoek voor het oplossen van hedendaagse technologische uitdagingen en biedt een visie op een toekomst met fundamenteel veiligere informatieoverdracht door de principes van quantummechanica en ingenieuze toepassingen zoals het Talbot-effect.