A rede de distribuição de chaves quânticas mede com precisão a vibração do solo

Esquema de montagem experimental. No laboratório de Alice (Bob), um laser de semente é bloqueado em uma cavidade de vidro de expansão ultrabaixa (ULE) para obter uma largura de linha subhertz usando a técnica Pound-Drever-Hall (PDH) [41, 42]. Após o bloqueio PDH, um modulador óptico-acústico de 500 MHz (AOM) com frequência portadora ajustável é inserido em Bob para eliminar a diferença de frequência dos dois lasers estáveis. Em seguida, as fontes de luz ultraestáveis são divididas em duas partes, respectivamente; um é usado para QKD, o outro é enviado ao outro usuário por meio de um link de fibra de calibração de frequência de 500 km para interferência heteródina. Amplificadores bidirecionais de fibra dopada com érbio (BEDFAs) são inseridos a cada 50 km para manter a potência da luz transmitida, dois AOMs com frequência de portadora fixa de 40 e 70 MHz são inseridos em ambas as extremidades do link para filtrar a reflexão no canal. PD:fotodiodo. Na parte QKD, a luz é modulada com moduladores de fase (PMs) e moduladores de intensidade (IMs) e atenuada para um único nível de fóton com um atenuador (ATT), para gerar os sinais quânticos com os sinais de referência de fase. A luz é finalmente enviada para Charlie por meio de carretéis de fibra de perda ultrabaixa de 329,3 e 329,4 km (658,7 km) para detecção. Charlie usa um multiplexador de divisão de comprimento de onda denso (DWDM), um circulador (CIR) para filtrar os ruídos antes do divisor de feixe de polarização (PBS) e do divisor de feixe (BS). Os resultados de interferência são detectados por detectores de fóton único de nanofios supercondutores (SNSPDs). Além disso, os esticadores de fibra são inseridos no canal QKD e no canal de calibração de comprimento de onda, como as vibroseis artificiais. EPC:controlador de polarização elétrica; PC:controlador de polarização. Crédito:Cartas de Revisão Física (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.128.180502

Uma equipe de pesquisadores afiliados a várias instituições na China descobriu que as redes de distribuição de chaves quânticas (QKD) podem ser usadas para medir com precisão a vibração do solo. Em seu artigo publicado na revista Physical Review Letters, o grupo descreve sua implementação de uma rede QKD baseada em fibra de campo duplo em uma distância de 658 km. Eles também determinaram que a rede poderia ser usada como um meio para detectar vibrações do solo associadas a terremotos ou deslizamentos de terra.
As redes QKD fazem uso de propriedades quânticas exclusivas de fótons para criptografar dados enviados entre dispositivos de comunicação. Por causa de suas propriedades quânticas, essas redes são quase impossíveis de hackear sem que os hosts do sistema percebam a atividade e cessem o transporte de mensagens. Por conta desse recurso, cientistas de vários países vêm trabalhando para aprimorar a tecnologia para uso generalizado. Nesse novo esforço, os pesquisadores desenvolveram e instalaram uma rede QKD baseada em fibra de campo duplo que aproveita a maneira como os fótons interferem como meio de criptografar dados e ficaram surpresos ao descobrir que a rede de fibra também pode ser usada para detectar vibração do solo.

Em seu trabalho, os pesquisadores enviaram com sucesso dados criptografados por um cabo de fibra de 658 km, estendendo o recorde de distância anterior em aproximadamente 100 km. Em tal rede, as flutuações na fase da luz que passa pelo cabo de fibra devem ser percebidas e corrigidas esticando o cabo para que a distribuição de chaves funcione corretamente. Tais flutuações, observaram os pesquisadores, geralmente surgem devido a vibrações do solo.

Em seu sistema e outros semelhantes, um cabo de fibra separado é usado para bloquear as frequências entre os nós da rede. Os pesquisadores descobriram que as informações de tempo no segundo cabo podem determinar com precisão, até aproximadamente 1 quilômetro, onde ao longo do cabo a flutuação foi criada. Isso sugere que sistemas como o deles também podem servir como sensores de vibração do solo, possivelmente alertando sobre um terremoto ou deslizamento de terra em andamento. Notavelmente, para aplicação no mundo real, a taxa de transferência de dados teria que ser melhorada. + Explorar mais