Research press release

量子物理学:通信インフラを活用した長距離量子通信

Nature

ドイツで行われた250キロメートルの通信ネットワークを介した量子メッセージの送信は、既存の商用通信インフラを利用したコヒーレントな量子通信の最初の報告である。今週のNature でこのデモンストレーションを報告する論文が、量子通信が現実世界でも実現可能であることを示唆している。

量子ネットワークは、量子インターネットのような安全な通信を可能にする可能性を秘めている。量子鍵配送(quantum key distribution)は、理論的に安全な通信技術の一例である。光波のコヒーレンス(予測可能な相互作用の可能性)を利用することで、量子通信の範囲を広げることができるが、極低温冷却器などの特殊な装置が必要なため、拡張性に限界があった。

極低温冷却を必要とせず、光ファイバーケーブルを通じて量子情報の配信を可能にするアプローチが、Mirko Pittalugaらによって報告されている。このシステムでは、コヒーレンスベースの双子場量子鍵分散方式が採用されており、長距離での安全な情報配信が容易になっている。この量子通信ネットワークは、ドイツの3つの通信データセンター(フランクフルト、ケール、およびキルヒフェルト)に展開され、254キロメートルの商用光ファイバーで結ばれた。このデモンストレーションは、光のコヒーレンスを利用した高度な量子通信プロトコルが、既存の通信インフラで動作することを示すものである。

  • Article
  • Published: 23 April 2025

Pittaluga, M., Lo, Y.S., Brzosko, A. et al. Long-distance coherent quantum communications in deployed telecom networks. Nature 640, 911–917 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08801-w
 

Quantum messages sent across a 250-km telecom network in Germany represent the first known report of coherent quantum communications using existing commercial telecommunication infrastructure. The demonstration, reported in Nature this week, suggests that quantum communications can be achieved in real-world conditions.

Quantum networks have the potential to enable secure communications, such as a quantum internet; quantum key distribution is one example of a theoretically secure communication technique. Exploiting the coherence of light waves (their potential to interact predictably) can extend the range of quantum communications, but scalability has been limited by the need for specialized equipment, such as cryogenic coolers.

An approach that enables the distribution of quantum information through optical fibre cables, without the need for cryogenic cooling, is described by Mirko Pittaluga and colleagues. Their system uses a coherence-based twin-field quantum key distribution, which facilitates the distribution of secure information over long distances. The quantum communications network was deployed over three telecommunication data centres in Germany (Frankfurt, Kehl and Kirchfeld), connected by 254 km of commercial optical fibre — a new record distance for real-world and practical quantum key distribution, according to the authors. This demonstration indicates that advanced quantum communications protocols that exploit the coherence of light can be made to work over existing telecom infrastructure.
 

doi: 10.1038/s41586-025-08801-w

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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