量子物理学：既存の通信ネットワークにおける長距離コヒーレント量子通信

量子通信の最近の進歩により、量子ネットワークの開発に光コヒーレンスが極めて重要な役割を果たすことが明確になっている。この資源は、量子インターネットの位相に基づくアーキテクチャーの基礎であり、マルチノードの量子ネットワークの実証の唯一の成功を可能にし、量子鍵配送（QKD）の距離を大幅に伸ばした。しかし、コヒーレンスに基づく量子プロトコルのスケーラビリティーは、超安定光共振器や極低温光子検出器などの特殊なハードウエアが必要となることから、依然として不確実である。今回我々は、コヒーレンスに基づくツインフィールドQKDプロトコルを、ドイツのフランクフルトとケールにまたがる254 kmの商用通信ネットワーク上で実装し、毎秒110ビットで暗号鍵を配送することに成功した。今回の成果は、実用的なシステムアーキテクチャーと、オフバンド位相安定化に支援された非極低温単一光子検出とに支えられた、光コヒーレンス分布のスケーラブルな手法によって実現された。我々の結果は、運用ネットワーク設定における中継器のような量子通信を実証し、極低温冷却を用いない実用的な実世界のQKD実装の距離を倍増させている。加えて、我々の実現したQKDネットワークは、我々の知る限り、測定装置に依存しない特性を特徴とする最大級のものである。今回の研究は、コヒーレンスに基づく量子通信の要件を既存の通信インフラの能力に合致させるものであり、先端量子通信プロトコル、量子中継器、量子センシングネットワーク、分散型量子コンピューティングなどの実装を含め、高性能量子ネットワークの将来に役立つ可能性が高い。

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