Das Quantum-Key-Verteilungsnetzwerk misst Bodenvibrationen genau

Sep 27, 2023

Bericht vom 18. Mai 2022

von Bob Yirka, Phys.org

Ein mit mehreren Institutionen in China verbundenes Forscherteam hat herausgefunden, dass Quantenschlüsselverteilungsnetzwerke (QKD) zur genauen Messung von Bodenvibrationen verwendet werden können. In ihrem in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlichten Artikel beschreibt die Gruppe ihre Implementierung eines faserbasierten Zweifeld-QKD-Netzwerks über eine Entfernung von 658 km. Sie stellten außerdem fest, dass das Netzwerk als Mittel zur Erfassung von Bodenvibrationen im Zusammenhang mit Erdbeben oder Erdrutschen verwendet werden könnte.

QKD-Netzwerke nutzen die einzigartigen Quanteneigenschaften von Photonen, um zwischen Kommunikationsgeräten gesendete Daten zu verschlüsseln. Aufgrund ihrer Quanteneigenschaften ist es nahezu unmöglich, solche Netzwerke zu hacken, ohne dass die Systemhosts die Aktivität bemerken und den Nachrichtentransport einstellen. Aufgrund dieser Eigenschaft arbeiten Wissenschaftler in mehreren Ländern daran, die Technologie für eine breite Anwendung zu verbessern. Bei diesem neuen Vorhaben entwickelten und installierten die Forscher ein faserbasiertes QKD-Netzwerk mit zwei Feldern, das sich die Art und Weise zunutze macht, wie Photonen interferieren, um Daten zu verschlüsseln. Sie stellten überrascht fest, dass das Glasfasernetzwerk auch zur Erfassung genutzt werden konnte Bodenvibration.

Bei ihrer Arbeit haben die Forscher erfolgreich verschlüsselte Daten über ein 658 km langes Glasfaserkabel gesendet und damit den bisherigen Entfernungsrekord um etwa 100 km verlängert. In einem solchen Netzwerk müssen Schwankungen in der Phase des durch das Glasfaserkabel fließenden Lichts erkannt und durch Dehnung des Kabels korrigiert werden, damit die Schlüsselverteilung korrekt funktioniert. Solche Schwankungen, so stellten die Forscher fest, entstehen typischerweise durch Bodenvibrationen.

In ihrem und ähnlichen Systemen wird ein separates Glasfaserkabel verwendet, um die Frequenzen zwischen Knoten im Netzwerk zu sperren. Die Forscher fanden heraus, dass die Zeitinformationen im zweiten Kabel bis auf etwa einen Kilometer genau bestimmen können, wo entlang des Kabels die Schwankung entstanden ist. Das deutet darauf hin, dass Systeme wie ihres auch als Bodenvibrationssensoren dienen könnten, die möglicherweise vor einem anhaltenden Erdbeben oder Erdrutsch warnen. Insbesondere für den realen Einsatz müsste die Datenübertragungsrate verbessert werden.

Mehr Informationen: Jiu-Peng Chen et al., Quantum Key Distribution over 658 km Fiber with Distributed Vibration Sensing, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.180502

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