University of Padova、イタリアのフォトニクス企業ThinkQuantum s.r.l.、およびNational Research Council of Italy (CNR-IFN)の研究者らは、intermodal量子鍵配送（QKD）システムのリアルタイム実地試験の結果をnpj Quantum Informationに発表した。この実験では、Monte Grandeにあるリモート光送信機と、University of Padovaの都市部Optical Ground Station（OGS）とを18kmの水平自由空間リンクで接続し、その後0.5kmの既設ファイバー網に結合させて受信機のある実験室まで到達させた。
| [ Intermodal 18km自由空間-ファイバーQKDアーキテクチャ ] | ||
|---|---|---|
| 光送信機とチャネル | 補償光学と受信OGS | 量子ハードウェアと鍵生成率 |
| • 18km自由空間水平リンク | • 41cm Ritchey-Chrétien望遠鏡 | • ThinkQuantum QUKY QKDプラットフォーム |
| • 通信波長（1565.5 nm、Cバンド） | • 64アクチュエーター圧電式変形ミラー | • 200 bit/s SKR（室温InGaAs SPAD使用） |
| • 1545 nmビーコンと850 nmアライメントの多重化 | • Shack-Hartmann直接波面センサー | • 約1 kbit/s SKR（極低温SNSPD使用） |
長距離の地上リンクにおける大気乱流は深刻な波面歪みを引き起こし、シングルモード光ファイバー（SMF）への効率的な入射を困難にする。高いチャネル減衰（約29～30 dB）を克服するため、研究チームは受信望遠鏡に高次補償光学（AO）システムを実装した。
- チップ・チルト補正を超える制御：64アクチュエーターのバイモルフ変形ミラーとShack-Hartmann波面センサーを用いた閉ループフィードバックにより、AOベンチは35次までのZernikeモードの高次空間収差を補正した。
- ファイバー結合効率：本システムは最大19%（-7.2 dB）のシングルモードファイバー結合効率を達成し、信頼できない中間測定を行うことなく、自由空間量子信号を標準的な通信用ファイバーに直接多重化することを可能にした。
- 乱流モデリング：波面センサーの実験データにより、様々な大気条件下でのFriedパラメータ（r0）と結合効率を予測する理論モデルが検証された。
この実地試験は、3状態1デコイの効率的BB84プロトコルを実行する商用偏光符号化QKDハードウェア（ThinkQuantum社のQUKYプラットフォーム）を用いて実施された。
- 室温環境での運用：室温で動作する非冷却InGaAs単一光子アバランシェフォトダイオード（SPAD、検出効率15%）を搭載したこのシステムは、量子ビット誤り率（QBER）約2%のもとで、安全鍵生成率（SKR）約200 bit/sを実現した。
- 極低温環境でのベンチマーク：高効率の超伝導ナノワイヤ単一光子検出器（SNSPD、効率80%）を組み合わせた同一構成では、QBER 1%未満のもと平均SKR約1 kbit/sを実現した。
- 欧州の宇宙・地上インフラの枠組み：このプロトコル非依存のintermodalアーキテクチャは、European Quantum Communication Infrastructure（EuroQCI）の展開計画や、Eagle-1やSAGAを含むEuropean Space Agency（ESA）の今後の衛星対地上光リンクミッションと整合するものである。
npj Quantum Informationのオープンアクセス論文はこちら、またはarXiv:2602.16680としてこちらから確認できる。
2026年8月26日
