상해교통대학 증귀화교수팀 실험, 성지련속변수 량자키배포 타당성 검증

연구 배경

장거리 양자 키 배포는 전 세계 양자 통신 네트워크를 구축하는 중요한 기초이다.광섬유 링크에 비해 위성은 양자 신호를 주로 저손실 자유 공간에서 전파하여 대륙간, 초장거리 양자 통신에 실행 가능한 경로를 제공할 수 있다.성지 이산 변수 양자 키 배포는 이미 천킬로미터급 키 배포 및 대륙간 암호화 통신을 실현하여 우주 일체화 양자 네트워크를 구축하는 잠재력을 보여주었다.연속 변수 양자 키 배포는 채널 용량이 높고 원가가 낮으며 고전 상간 광통신 시스템과 호환되는 등의 특징을 가지고 있으며, 상간 탐지를 이용하여 배경광 소음을 효과적으로 억제할 수 있으며, 천연적으로 하루 종일 운행 능력을 갖추고 있다.그러나 고손실 조건에서 과소음은 억제하기 어렵고, 이론적으로 용납할 수 있는 손실이 제한되어 있어 성지 CVQKD는 그동안 주로 이론 분석 단계에 머물렀다.실험 검증은 고손실에서 원본 키를 복원하고 변조 데이터와의 관련성을 구축해야 할 뿐만 아니라 과소음이 충분히 낮아 양안전 키율을 얻을 수 있다는 것을 증명해야 한다.

연구 경로 및 성과

연구팀은 고손실 성지 링크에서 주파수 신호의 신호 소음비 부족과 주파수 누출 소음 증가의 모순에 대해 로컬 본진 고스 변조 상간상태 CVQKD 시스템을 구축하여 시간-편진 재사용으로 양자 신호와 주파수 신호를 전송했다.2단 고소광비 폭 모뎀은 80dB 시역 격리를 제공하고, 편광 분속기는 30dB 편광 격리를 제공하며, 총 110dB 재사용 격리를 실현하며, 전도 주파수 강도가 양자 신호 67dB보다 높은 동시에 광자 유출이 충분히 낮음을 보장하여 41dB 고손실에서 위상 소음과 광자 유출 소음을 억제한다.

연구팀은 자유공간 채널, 50km 광섬유, 가변 광 감쇠기로 구성된 38~43dB 등효 손실 링크를 구축했다. 실험 광로는 그림 1과 같다.수신단은 독립된 본진을 이용하여 상관 탐지를 완성하고 계량화 정밀도를 통해 12bits의오실로그래프양자 신호와 주파수 전도 신호를 수집하여 고손실 조건에서의 원시 키 복구 및 과소음 평가에 실험 데이터를 제공합니다.연구팀은 고효율 샘플링 감소, Quinn 고정밀 주파수 편향 추정 및 주파수 전도 보조 위상 복구 기술을 사용하여 디지털 후 처리를 완료했습니다.41dB 손실에서 복구 신호와 Alice 측 고스 변조 데이터는 유일하게 현저한 상관 관계를 나타낸다 (그림 2). 이는 원래 키가 성공적으로 복구되었고 Alice와 Bob 사이에 가상 얽힘 연관이 구축되었음을 나타낸다.41dB의 고손실에서 과소음 추정 통계의 파동이 현저한 문제에 대하여 팀은 등가 테스트 방법을 채택하여 평균 과소음을 0.0167SNU로 측정하였다.실제 성지 채널의 ADC에 계량화된 소음과 쇠락 소음을 계산한 후 1200km 링크 아래 과소음을 0.0198 SNU로 예측했다 (그림 3).키 비율 분석에 따르면 시스템은 41dB 손실에도 여전히 양의 보안 키 비율 (그림 3) 을 얻을 수 있으며, 스타필드 CVQKD의 타당성을 초보적으로 검증했다.

발전 전망

이 연구는 41dB 고손실 성지 채널에서의 연속 변수 양자 키 배포의 타당성을 초보적으로 검증하고, 성지 CVQKD가 이론적 분석과 수치 시뮬레이션에 머무르는 한계를 돌파하였으며, 고손실, 강한 교란 환경에서 양자 신호 회복과 과소음 억제에 실험 근거를 제공하였으며, 실제 성지 연속 변수 양자 키 배포 시스템의 설계와 배치에 새로운 기술 경로를 제공하였으며, 우주 통합 양자 네트워크 구축에 중요한 참고를 제공하였다.

참조:상해교통대학 증귀화교수팀 실험검증 성지련속변수 량자키배포 타당성 _ 종합뉴스 _ 상해교통대학【인용시간: 2026년 8월 12일】