क्वांटम सुरक्षा का एक प्रयोग सामान्य दूरसंचार नेटवर्क के और करीब
एक चीनी शोध दल ने 425 किलोहर्ट्ज़ शोर सहनशीलता के साथ क्वांटम कुंजी वितरण का प्रदर्शन किया है और 150 किलोमीटर तक साझा फाइबर पर पारंपरिक ऑप्टिकल संचार के साथ इसके प्रसारण का परीक्षण किया है। यह काम क्वांटम-सुरक्षित नेटवर्क की एक व्यावहारिक बाधा से निपटता है: दूरसंचार उपकरणों से गुजरने वाले कहीं अधिक शक्तिशाली प्रकाश संकेतों के बीच कमजोर क्वांटम संकेतों को उपयोगी बनाए रखना।
विषय-सूची
- क्वांटम सुरक्षा का एक प्रयोग सामान्य दूरसंचार नेटवर्क के और करीब
- किसकी सुरक्षा की जा रही है?
- पृष्ठभूमि का प्रकाश बड़ी बाधा क्यों है
- एडवांटेज डिस्टिलेशन से गणना कैसे बदलती है
- प्रदर्शन के आंकड़े वास्तव में क्या दिखाते हैं
- तीस डेसीबल हानि और 150 किलोमीटर साझा फाइबर
- प्रकाशन की तारीखें और तैनाती के दावे की सीमाएं
- व्यावहारिक क्वांटम संचार के लिए इस बदलाव का महत्व
- मुख्य बिंदु
चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के शिक्षाविद और चीन के विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के गुओ गुआंगकान के नेतृत्व में टीम ने हेनान प्रांतीय क्वांटम सूचना एवं क्वांटम क्रिप्टोग्राफी प्रमुख प्रयोगशाला और नानजिंग यूनिवर्सिटी ऑफ पोस्ट्स एंड टेलीकम्युनिकेशंस के साथ काम किया। इसमें शामिल शोधकर्ताओं में हान झेंगफू, चेन वेई, यिन झेनकियांग और वांग शुआंग शामिल हैं।
अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी द्वारा 30 सितंबर, 2026 को प्रकाशित उनका फिजिकल रिव्यू लेटर्स शोधपत्र 2.5 गीगाहर्ट्ज़ पुनरावृत्ति आवृत्ति पर काम करने वाली प्रणाली का वर्णन करता है। इसमें 425 किलोहर्ट्ज़ शोर गणना के दौरान सुरक्षित कुंजी निर्माण की जानकारी दी गई है, जो अलग-थलग प्रणालियों की सहनशीलता से चार परिमाण-क्रम अधिक है। साथ ही, 30 डेसीबल चैनल क्षीणन के तहत किलोबिट प्रति सेकंड के स्तर पर सुरक्षित कुंजी दर बताई गई है।
ये नतीजे प्रदर्शन के अलग-अलग पहलुओं को मापते हैं। पुनरावृत्ति आवृत्ति बताती है कि प्रणाली कितनी तेजी से काम करती है; शोर गणना अवांछित पहचान घटनाओं को गिनती है; और सुरक्षित कुंजी दर प्रसंस्करण के बाद बनी उपयोगी गुप्त कुंजी को मापती है। प्रयोग के निष्कर्ष समझने के लिए इन आंकड़ों को अलग-अलग रखना जरूरी है।
इसकी मुख्य प्रगति में एडवांटेज डिस्टिलेशन नामक विधि को तेज़ संकेत एन्कोडिंग और कॉम्पैक्ट सेमीकंडक्टर डिटेक्टरों के साथ जोड़ा गया है। क्वांटम संकेतों को शोर से पूरी तरह बचाने पर ही निर्भर रहने के बजाय, शोधकर्ताओं ने शोरयुक्त कुंजी डेटा के प्रसंस्करण का तरीका भी बदला।
किसकी सुरक्षा की जा रही है?
क्वांटम कुंजी वितरण, यानी QKD, दो पक्षों को क्वांटम अवस्थाओं का उपयोग करके साझा गुप्त कुंजी बनाने की सुविधा देता है। इस कुंजी से एन्क्रिप्टेड संचार किया जा सकता है। यह प्रयोग कुंजियों के वितरण से संबंधित है, न कि प्रणाली की 2.5 गीगाहर्ट्ज़ परिचालन आवृत्ति पर सामान्य संदेश भेजने से।
इसका आकर्षण सूचना-सिद्धांत आधारित सुरक्षा है: प्रोटोकॉल की मान्यताओं के तहत, गोपनीयता इस बात पर निर्भर नहीं करती कि हमलावर कोई कठिन गणितीय समस्या हल कर सकता है या नहीं। क्वांटम संकेतों और कुंजी निर्माण के दौरान की गई जांच से प्रतिभागी आकलन कर सकते हैं कि वे अपने मापों से गुप्त कुंजी निकाल सकते हैं या नहीं।
इस अध्ययन में मेज़रमेंट डिवाइस इंडिपेंडेंट QKD का उपयोग किया गया है, जिसे आम तौर पर MDI QKD कहा जाता है। इसकी सुरक्षा के लिए मापन उपकरणों पर भरोसा करना जरूरी नहीं है। यह महत्वपूर्ण है, क्योंकि अन्यथा डिटेक्टर व्यावहारिक कार्यान्वयन में कमजोरियां पैदा कर सकते हैं, भले ही बुनियादी क्वांटम प्रोटोकॉल मजबूत हो।
इसका अर्थ यह नहीं है कि नेटवर्क के हर हिस्से को अनदेखा किया जा सकता है या सुरक्षित मान लिया जा सकता है। संकेत तैयार करने की प्रक्रिया और प्रोटोकॉल की अन्य मान्यताएं अब भी मायने रखती हैं। इसका खास लाभ यह है कि चुनौतीपूर्ण ऑप्टिकल वातावरण में गुप्त कुंजी बनाते हुए मापन उपकरणों पर भरोसा करने की जरूरत हट जाती है।
पृष्ठभूमि का प्रकाश बड़ी बाधा क्यों है
क्वांटम संचार में बेहद कमजोर ऑप्टिकल संकेतों का इस्तेमाल होता है। पारंपरिक दूरसंचार उपकरण कहीं अधिक शक्तिशाली संकेत भेजते हैं, जो फाइबर में गैर-रैखिक प्रभावों के कारण अतिरिक्त प्रकाश पैदा कर सकते हैं। यह अवांछित प्रकाश ऐसी पहचान घटनाएं बढ़ा सकता है जो इच्छित क्वांटम जानकारी को नहीं दर्शातीं।
समस्या केवल शोरयुक्त कनेक्शन तक सीमित नहीं है। अगर मापन डेटा में बहुत ज्यादा त्रुटियां हों या उपयोगी सहसंबंध बहुत कम हो, तो प्रतिभागी सुरक्षित कुंजी निकालने में असमर्थ हो सकते हैं। इसलिए कोई प्रणाली ऑप्टिकल तौर पर काम कर सकती है, लेकिन उपयोगी गुप्त सामग्री नहीं दे सकती।
मुक्त-अंतरिक्ष लिंक में भी ऐसी ही चुनौती होती है, हालांकि उसका स्रोत अलग है। उपग्रह कनेक्शन और ड्रोन जैसे प्लेटफॉर्म तेज़ परिवेशी प्रकाश, जिसमें सूर्य का प्रकाश भी शामिल है, के संपर्क में आ सकते हैं। शोध में इन वातावरणों को अधिक शोर सहनशीलता विकसित करने की वजह बताया गया है, हालांकि 150 किलोमीटर का रिपोर्ट किया गया सह-अस्तित्व प्रयोग ऑप्टिकल फाइबर पर किया गया।
फिल्टर अवांछित प्रकाश को रोकने में मदद करते हैं, लेकिन उनकी सीमाएं हैं। वे उपयोगी संकेतों को भी हटा सकते हैं और उपकरणों की जटिलता बढ़ा सकते हैं। टीम का तरीका भौतिक स्तर और डेटा प्रसंस्करण, दोनों स्तरों पर समस्या से निपटता है। इसमें कम शोर वाले डिटेक्शन को ऐसी विधि के साथ जोड़ा गया है जिसका मकसद शोरयुक्त मापन रिकॉर्ड से गुप्त कुंजियां निकालना है।
एडवांटेज डिस्टिलेशन से गणना कैसे बदलती है
एडवांटेज डिस्टिलेशन कच्चे कुंजी डेटा को समूहों में संसाधित करता है, ताकि सुरक्षित कुंजी बनाने में इस्तेमाल होने वाले सहसंबंध बेहतर हों। कच्चे डेटा वे शुरुआती रिकॉर्ड होते हैं जो प्रतिभागियों द्वारा उपयोगी गुप्त कुंजी बनाने के लिए जरूरी जांच और प्रसंस्करण पूरा करने से पहले बनते हैं।
इसका सिद्धांत चयनात्मक प्रसंस्करण है। कच्ची कुंजी के हर तत्व को समान रूप से उपयोगी मानने के बजाय, यह विधि समूहों के भीतर के संबंधों का उपयोग करके ऐसे डेटा बचाती है जो गुप्त कुंजी बनाने के लिए अधिक उपयुक्त हों। यह किसी भी तरह के शोर को हानिरहित नहीं बना सकती, लेकिन उन परिस्थितियों का दायरा बढ़ा सकती है जिनमें उपयोगी गोपनीयता हासिल की जा सकती है।
शोधकर्ताओं ने अपनी प्रणाली के लिए एडवांटेज डिस्टिलेशन पर सीमित कुंजी लंबाई का एक विश्लेषण विकसित किया। यह एक अहम व्यावहारिक अंतर को ध्यान में रखता है: प्रयोगों में सीमित मात्रा में डेटा एकत्र किया जाता है, जबकि आदर्शीकृत गणनाएं अनिश्चित रूप से बड़े डेटा सेट मान सकती हैं। सुरक्षा और प्रदर्शन के आकलन में सीमित डेटा संग्रह से जुड़ी सांख्यिकीय अनिश्चितता को शामिल करना जरूरी है।
इस शोध की पहली उपलब्धि एडवांटेज डिस्टिलेशन पर आधारित MDI QKD का व्यावहारिक कार्यान्वयन है, जिसे सैद्धांतिक काम और प्रयोगात्मक हार्डवेयर का समर्थन मिला। यह दावा नहीं है कि एडवांटेज डिस्टिलेशन का आविष्कार इसी अध्ययन में हुआ।
हार्डवेयर भी महत्वपूर्ण है, क्योंकि डेटा प्रसंस्करण उपयोगी मापों की जरूरत की जगह नहीं ले सकता। तेज़ समानांतर एन्कोडिंग उच्च गति से क्वांटम संकेत भेजती है, जबकि कॉम्पैक्ट सेमीकंडक्टर एकल-फोटॉन डिटेक्टर, शोधपत्र में वर्णित भारी और संसाधन-गहन डिटेक्शन उपकरणों के बिना, कम शोर में पहचान करने में मदद करते हैं।
प्रदर्शन के आंकड़े वास्तव में क्या दिखाते हैं
प्रणाली की 425 किलोहर्ट्ज़ शोर सीमा का अर्थ है प्रति सेकंड 425,000 शोर गणनाएं। शोधपत्र के अनुसार, इस शोर स्तर के बावजूद सुरक्षित कुंजियां बनाई जा सकती हैं। यह पहचान गणना दर है, ऑप्टिकल शक्ति का माप या संदेश एन्क्रिप्ट करने की गति नहीं।
चार परिमाण-क्रम का अर्थ 10,000 गुना है। इसलिए अध्ययन की तुलना संदर्भ के तौर पर इस्तेमाल की गई अलग-थलग प्रणालियों की तुलना में शोर सहनशीलता में बहुत बड़ी वृद्धि दर्शाती है। इसे हर मौजूदा QKD स्थापना के मुकाबले सार्वभौमिक प्रदर्शन अनुपात नहीं समझना चाहिए।
सुरक्षित कुंजी निर्माण क्षमता में बताई गई वृद्धि दो परिमाण-क्रम, यानी 100 गुना है। यह शोर सहनशीलता में 10,000 गुना वृद्धि से अलग नतीजा है। पहला सुरक्षित कुंजियां बनाने की क्षमता बताता है, जबकि दूसरा यह बताता है कि प्रणाली कितना शोर सह सकती है।
2.5 गीगाहर्ट्ज़ पर प्रणाली प्रति सेकंड 2.5 अरब बार दोहराव के साथ काम करती है। इसका अंतिम सुरक्षित कुंजी आउटपुट इससे काफी कम होता है, क्योंकि ऑप्टिकल हानि, सफल मापन घटनाएं और सुरक्षा प्रसंस्करण तय करते हैं कि कितनी उपयोगी गुप्त जानकारी बचती है। शोधपत्र 30 डेसीबल क्षीणन के तहत किलोबिट प्रति सेकंड के स्तर पर आउटपुट बताता है, लेकिन सारांश में सटीक दर नहीं देता।
तीस डेसीबल हानि और 150 किलोमीटर साझा फाइबर
30 डेसीबल चैनल क्षीणन का अर्थ है कि ऑप्टिकल शक्ति 1,000 गुना कम हो जाती है और बताई गई हानि के बाद शुरुआती शक्ति का एक हजारवां हिस्सा बचता है। इस स्थिति में किलोबिट प्रति सेकंड के स्तर पर सुरक्षित कुंजियां बनना, संकेत की काफी हानि के बावजूद प्रणाली का काम करना दिखाता है।
अलग सह-अस्तित्व प्रदर्शन में क्वांटम प्रणाली को चाइना यूनिकॉम द्वारा उपलब्ध कराए गए मौजूदा ऑप्टिकल संचार उपकरणों से जोड़ा गया। क्वांटम कुंजी वितरण और पारंपरिक ऑप्टिकल संचार को 150 किलोमीटर तक एक ही फाइबर पर भेजा गया। यह दूरी शहरों के बीच कनेक्शन के लिए प्रासंगिक है।
फाइबर साझा करना एक व्यावहारिक परीक्षण है, क्योंकि क्वांटम नेटवर्क हमेशा कमजोर क्वांटम संकेतों के लिए अलग ऑप्टिकल मार्ग आरक्षित नहीं कर सकता। सह-अस्तित्व प्रणाली को पारंपरिक संचार से जुड़े उपकरणों और अधिक शक्तिशाली प्रकाश संकेतों के संपर्क में लाता है।
प्रकाशित सारांश और प्रयोग के विवरण शोर सीमा, क्षीणन के दौरान कुंजी दर और साझा फाइबर की दूरी स्थापित करते हैं। वे यह साबित नहीं करते कि अधिकतम शोर भार, बताई गई क्षीणन सीमा और 150 किलोमीटर का प्रसारण, सभी एक ही परिचालन स्थिति में एक साथ हासिल किए गए थे। इन्हें अलग-अलग रिपोर्ट किए गए मानकों के रूप में देखना नतीजे को बढ़ा-चढ़ाकर पेश करने से बचाता है।
प्रकाशन की तारीखें और तैनाती के दावे की सीमाएं
शोध फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित हुआ था। इसके बाद सहयोग और चाइना यूनिकॉम के प्रयोग का अलग विवरण आया। प्रकाशन का क्रम यह है:
- 30 सितंबर, 2026: शोधपत्र फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित हुआ। इसमें 2.5 गीगाहर्ट्ज़ प्रणाली, 425 किलोहर्ट्ज़ शोर सहनशीलता और 30 डेसीबल क्षीणन के तहत सुरक्षित कुंजी निर्माण की जानकारी दी गई।
- 9 अक्टूबर, 2026: एक अन्य विवरण में भाग लेने वाले संस्थानों और चाइना यूनिकॉम के उपकरणों से साझा फाइबर पर 150 किलोमीटर के प्रदर्शन का उल्लेख किया गया।
कॉम्पैक्ट डिटेक्शन, तेज़ परिचालन गति, पृष्ठभूमि शोर सहने की क्षमता और साझा फाइबर पर प्रसारण का मेल कई व्यावहारिक जरूरतों को एक साथ पूरा करता है। अकादमिक शोधपत्र इस प्रणाली को मजबूत सुरक्षा, उपयोगी कुंजी आउटपुट और पर्यावरणीय शोर के प्रति लचीलापन देने वाले क्वांटम-सुरक्षित नेटवर्क की तैनाती के समाधान के रूप में पेश करता है।
यह निष्कर्ष नियमित व्यावसायिक सेवा का प्रमाण देने से कहीं व्यापक है। रिपोर्ट में उपकरणों की लागत, लगातार परिचालन अवधि, रखरखाव की जरूरतों या नेटवर्क तैनाती की समय-सारणी का विवरण नहीं है। यह उपग्रह या ड्रोन पर प्रदर्शन भी स्थापित नहीं करता। ऐसे वातावरण इस काम की प्रेरणा हैं, लेकिन नेटवर्क सह-अस्तित्व का ठोस नतीजा फाइबर से संबंधित है।
व्यावहारिक क्वांटम संचार के लिए इस बदलाव का महत्व
इन नतीजों के बीच सबसे महत्वपूर्ण कड़ी यह है कि एक ही शोध कार्यक्रम में शोर सहनशीलता और मौजूदा बुनियादी ढांचे के साथ अनुकूलता, दोनों पर काम किया गया। तेज़ प्रणाली को अलग-थलग वातावरण तक सीमित रखना उस प्रणाली से अलग समस्या है जो सामान्य संचार उपकरणों के साथ फाइबर साझा कर सके।
अध्ययन यह भी दिखाता है कि केवल परिचालन आवृत्ति प्रगति का अधूरा पैमाना है। इसका व्यावहारिक महत्व इस बात पर निर्भर करता है कि हानि, अवांछित पहचान और सीमित डेटा प्रसंस्करण के बाद वह गति कितनी सुरक्षित कुंजियां दे सकती है। एडवांटेज डिस्टिलेशन विधि तेज़ हार्डवेयर संचालन को शोर के बीच उपयोगी आउटपुट से जोड़ने में मदद करती है।
150 किलोमीटर का परीक्षण एक ठोस उदाहरण देता है कि ये प्रगति कहां उपयोगी हो सकती है: साझा ऑप्टिकल बुनियादी ढांचे के जरिए शहरों के बीच संचार में। तैनाती की तैयारी का अगला आकलन करने के लिए उन परिचालन विवरणों की जरूरत होगी जो इन नतीजों में मौजूद नहीं हैं, जिनमें लगातार प्रदर्शन और लागत शामिल हैं। तैनाती की कोई समय-सीमा या अगले परीक्षण की तारीख नहीं बताई गई है।
मुख्य बिंदु
- चीन के विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और उसके सहयोगियों ने एडवांटेज डिस्टिलेशन तथा कॉम्पैक्ट सेमीकंडक्टर डिटेक्टरों का उपयोग करके MDI QKD का प्रदर्शन किया।
- प्रणाली 2.5 गीगाहर्ट्ज़ पर काम करती है और 425 किलोहर्ट्ज़ शोर गणना के दौरान सुरक्षित कुंजियां बनाती है।
- रिपोर्ट के अनुसार, बताई गई संदर्भ प्रणालियों की तुलना में शोर सहनशीलता चार परिमाण-क्रम, यानी 10,000 गुना बढ़ी।
- शोधपत्र 30 डेसीबल चैनल क्षीणन के तहत किलोबिट प्रति सेकंड के स्तर पर सुरक्षित कुंजी दर बताता है।
- एक अलग प्रदर्शन में चाइना यूनिकॉम के ऑप्टिकल संचार उपकरणों के साथ 150 किलोमीटर तक साझा फाइबर पर प्रसारण किया गया।
- नतीजे नियमित व्यावसायिक संचालन, तैनाती की समय-सारणी या प्रदर्शित उपग्रह लिंक को स्थापित नहीं करते।
