在日益嚴峻的網路威脅下，華沙大學物理學院的研究團隊開發並測試了一種創新的量子金鑰分發（QKD）系統，該系統利用時間塔爾博效應（temporal Talbot effect）和高維編碼，為資訊傳輸提供更安全、更具擴展性的解決方案。
該研究由華沙大學量子光子學實驗室主任 Michał Karpiński 博士領導，其團隊專注於量子金鑰分發技術，這是一種利用單光子在兩方之間建立安全加密金鑰的技術。傳統的QKD使用量子位元（qubits），但該團隊採用了更複雜的多維編碼，特別是利用光子的時間疊加態（time-bin superpositions），即一個光子同時存在於較早和較晚的狀態組合中。這種方法受到1836年首次提出的時間塔爾博效應的啟發，該效應描述了光線穿過光柵後在規律間隔處重現的現象，並在時間領域中得到應用，當一系列光脈衝通過色散介質傳播時，會發生類似的週期性重現。
研究團隊利用現成的商用元件，成功設計了一個實驗性的四維QKD系統。該系統的一項關鍵創新是能夠僅用一個單光子偵測器偵測多個脈衝的疊加態，無需複雜的干涉儀網絡，顯著降低了系統的複雜性和成本。此外，這種新方法繞過了傳統方法中耗時且需要精確校準的接收器單獨校準步驟。儘管該方法存在相對較高的測量錯誤率，但研究人員與量子密碼學理論家合作證實，這些錯誤不會阻礙QKD的進行。一個顯著的優勢是，無需更改硬體或穩定接收器，即可偵測2D和4D疊加態，這比早期技術有了實質性進步。
該系統的安全性在實驗室光纖和華沙大學的城市光纖基礎設施中進行了數公里的測試。研究人員成功地使用相同的發射器和接收器演示了具有二維和四維編碼的QKD，證實了高維編碼更高的資訊效率。儘管QKD的理論安全性是一個主要優勢，但許多QKD協議的標準描述已被發現不完整。為了解決這個問題，該團隊與專門研究QKD安全證明義大利和德國的研究小組合作，開發了一種接收器修改方案，該方案可以收集更多數據，從而消除安全缺陷。新協議的安全證明已發表在《Physical Review Applied》上，並且已成功應用於他們的實驗，從而消除了安全缺陷。
這項由華沙大學研究團隊開發的進展，標誌著量子密碼學實際應用的一個重要里程碑。高維量子金鑰分發（HDQKD）與傳統的二進制QKD協議相比，展現出更高的資訊效率和抗噪能力，為城市環境中的數據傳輸安全提供了更強大、更具擴展性的解決方案。