リンシェーピング大学、KTH王立工科大学、ストックホルム大学、チャルマース工科大学を代表する共同研究チームが、動的に再構成可能な通信ネットワークに統合された長距離トラステッドノード型量子鍵配送(QKD)リンクの物理的展開について報告した。[arXiv](https://arxiv.org/pdf/2606.06107)のオープンアクセスプレプリントで詳述されているこのフィールド試験では、スウェーデン南東部で総距離303kmにわたる安全な量子チャネルを確立した。ネットワークトポロジーは、リンシェーピングの大学研究室とストックホルムの国立量子ハブを中間トラステッドノードを介して接続し、標準的な長距離シングルモードファイバー(SMF)とマルチコアファイバー(MCF)アクセスセグメントを組み合わせて、異種企業インフラストラクチャをエミュレートしている。
実験アーキテクチャは、GlobalConnectからレンタルした270kmの敷設済みダークファイバーリンクと、33kmのスプール巻き7コアマルチコアファイバーアクセスリンクを橋渡ししている。2つの主要スパンにわたる高い伝送損失—リンシェーピング-ニーショーピング間の110kmサブリンクで23dB、ニーショーピング-ストックホルム間の160kmセグメントで36dBと測定された—を回避するため、研究者らは商用のThinkQuantum(QuKy EDU Pro)システムを改造した。受信機は外部超伝導ナノワイヤ単一光子検出器(SNSPD)とインターフェースするように改造され、標準の内蔵ゲートモードインジウムガリウムヒ素(InGaAs)アバランシェフォトダイオードを置き換えた。SNSPDは最大93%の検出効率と1秒あたり≤1カウント以下の超低暗計数率を提供し、最初の110kmセクションにおける秘密鍵生成レート(SKR)を0.16±0.02kbit/sから4.75±0.71kbit/sへと即座にベースラインアップグレードした。
空間分割多重化されたリンシェーピングアクセスリンク内では、Polatisマルチポート光ファイバースイッチを使用して量子チャネルがファイバー内で能動的にルーティングされた。システムは、2つの指定された低損失コア間でQKDチャネルを動的に切り替えながら正の鍵生成レートを維持し、自動偏光制御装置がセッション中に数十秒以内に偏光状態を自律的に再調整するよう強制した。この量子トラフィックは、1546.12nmで動作する0dBmの送信電力を持つアクティブな古典的10Gbpsイーサネットデータチャネルと共存し、並列通信サービスからのクロストーク汚染をシミュレートするために1550nm発光ダイオード(LED)を介して注入された連続的な広帯域光ノイズによって補完された。
92時間連続動作する中で、物理層は生の鍵ブロックをトラステッドノード鍵中継プロトコルを自動的に実行するように構成された統合鍵管理システム(KMS)に供給した。リンシェーピング-ニーショーピング間スパンが高損失のニーショーピング-ストックホルム間スパンよりも高い平均鍵生成スループットを維持したため、ローカルKMSストレージバッファがレート不一致を吸収した。このバッファリング機能により、リンシェーピングノードのソープション冷却SNSPDに固有の24時間周期のヘリウム凝縮サイクルなど、局所的なハードウェア一時停止中のエンドツーエンド仮想リンクにおける鍵枯渇が防止された。
変動する鍵生成レートの実世界での有用性を検証するため、生成された鍵は100秒の制限された時間枠内でワンタイムパッド(OTP)情報理論的に安全な画像伝送に適用された。研究者らは、NUS-WIDEデータベースの2,100画像サブセットを用いて、古典的なウェーブレットベースのJPEG 2000圧縮と深層学習ベースのJPEG AIコーデックの性能を比較した。テストは、高度に制約された秘密鍵予算の下で、ニューラルネットワーク駆動のJPEG AIコーデックがペイロードあたりの必要ビット割り当てを最小化し、最大3.4µWまでの深刻なネットワークノイズ注入下で動作する場合、従来の変換ベースアプローチよりも高い知覚的類似性メトリック(LPIPS)およびピーク信号対雑音比(PSNR)を保持することを実証した。
ハードウェア構成、ファイバークロストークモデリング、画像暗号化パラメータを記述した完全な技術論文は、オープンアクセスのarXivリポジトリからアクセス可能である。
2026年6月8日
