이 돌파구는 대도시 지역 간의 장거리 양자 보안 정보 전송을 가능하게 할 것이며 미래의 양자 인터넷 구축을 향한 주요 진전이 된다.

용어 "양자 인터넷"은 장거리 양자 통신 링크로 연결된 양자 컴퓨터의 글로벌 네트워크를 나타낸다. 이 기술은 클라우드의 복잡한 최적화 문제에 대한 초고속 해결, 보다 정확한 글로벌 타이밍 시스템 및 초 보안 통신과 같은 몇 가지 주요 이점을 제공하여 현재 인터넷을 개선하게 된다. 개인 데이터, 의료 기록, 은행 세부 정보 및 기타 정보는 해커가 가로채는 것이 물리적으로 불가능하다. 양자 인터넷을 구축하기위한 여러 대규모 정부 이니셔티브가 중국, EU 및 미국에서 발표되었다.

양자인터넷 구축에서 가장 큰 기술적 과제 중 하나는 긴 광섬유를 통해 양자 비트를 전송하는 방법의 문제이다. 온도 변동과 같은 주변 조건의 작은 변화조차도 섬유를 팽창 및 수축시켜 섬유에서 약한 광 펄스의 위상 지연으로 인코딩 되는 깨지기 쉬운 큐비트를 뒤섞는다.

Toshiba는 이제 새로운 "듀얼 밴드"안정화 기술을 시연했다. 이것은 장 섬유의 위상 변동을 최소화하기 위해 서로 다른 파장에서 두 개의 광학 기준 신호를 보낸다. 첫 번째 파장은 빠르게 변화하는 변동을 상쇄하는 데 사용되며, 두 번째 파장은 광학 큐비트와 동일한 파장의 위상 미세 조정에 사용된다.

이 이중 대역 기술을 적용한 후 Toshiba는 수백 킬로미터의 섬유를 통해 전파된 후에도 수십 나노 미터의 정밀도로 파장의 일부 내에서 양자 신호의 광학 위상을 일정하게 유지할 수 있음을 발견했다. 실시간으로 이러한 변동을 취소하지 않으면 섬유는 온도 변화에 따라 팽창 및 수축하여 양자 정보를 뒤섞는다.

이중 대역 안정화의 첫 번째 응용 프로그램은 장거리 QKD (Quantum Key Distribution)이다. 상업용 QKD 시스템은 현재 약 200km의 섬유로 제한된다. 2018년 Toshiba는 거리를 확장하는 방법으로 Twin Field QKD 프로토콜을 제안하고 단 섬유 및 감쇠기를 사용하여 광 손실에 대한 탄력성을 테스트했다. 이중 대역 안정화 기술을 도입함으로써 Toshiba는 이제 장 섬유에 Twin Field QKD를 구현하고 처음으로 600km 이상의 QKD를 시연했다. 그들의 연구는 이번 달 Nature Photonics 저널에 실렸다.

이 논문의 첫 번째 저자인 Mirko Pittaluga는 "이것은 매우 흥미로운 결과이다."고 말한다. "우리가 개발한 새로운 기술로 QKD를위한 통신 거리의 추가 확장이 여전히 가능하며 우리의 솔루션은 다른 양자 통신 프로토콜 및 응용 프로그램에도 적용될 수 있다."

Toshiba Europe의 Quantum Technology Division 책임자인 Andrew Shields는 "QKD는 최근 몇 년 동안 대도시 지역 네트워크를 보호하는 데 사용되었다.”고 말한다. "이 최신 발전은 양자 링크의 최대 범위를 확장하여 신뢰할 수 있는 중간 노드를 사용하지 않고도 국가와 대륙의 도시를 연결할 수 있다. Satellite QKD와 함께 구현되면 양자 보안 통신을 위한 글로벌 네트워크를 구축할 수 있다."