Nye A ll-fiber D evices P romote G lobal Q uantum E ncryption N etwork C onstruction
Kvantumnøkkelfordeling er ikke avhengig av matematikk, men bruker kvanteegenskaper av lys som polarisering, dekoding og overføring av tilfeldige taster som dekrypterer kodede data. Denne metoden er spesielt sikker fordi noen tredjepartsinntrengninger oppdages.
Forskere ved Universitetet i Padova i Italia rapporterte i optikkbrevet Optical Letters i Optical Society of America (OSA) at deres allfiber-enheter har mer enn en milliard polarisasjoner per sekund av byttbart lys. Enheten er også selvkompenserende og er ikke følsom for temperatur og andre miljøforandringer.
I QuantumFuture-forskergruppen, Giuseppe Vallone, som ledet forskningen med medforfatteren Paolo Villoresi, sa: "Kvantumnøkkelfordeling forventes å ha en stor innvirkning på borgernes privatliv og sikkerhet. Vår Ordning forenkler kvantesnittsfordelingen som brukes i fri-rom-kommunikasjon. For eksempel satellitt til jord eller kommunikasjon mellom mobilterminaler. Realisering av globale kvantnett krever fri-rom-kommunikasjon. "
Teknologi
Fordi kvantenøkler ikke fungerer bra på tvers av langdistanse fiberoptiske nettverk, er det ekstremt presserende å utvikle et satellittbasert kvantkommunikasjonsnettverk som forbinder forskjellige jordbaserte kvantekrypterte nettverk rundt om i verden.
Selv om de ulike egenskapene til lys kan brukes til å opprette kvantetilstandene som kreves for kvantekryptering, er polarisering spesielt godt egnet for ledigkobling fordi den ikke påvirkes av atmosfæren og dekodes ved mottakeren uten at det er nødvendig å samle inn data. Gå til single mode fiber (dette er en utfordrende oppgave).
Vallone sa: "Vårt mål er å utvikle et kvantekrypteringskjema som kan brukes mellom satellitter og bakken. Nøkler genereres i bane. Imidlertid er dagens polarisasjonsdekodere ikke egnet for bruk i rommet fordi de er ustabile og dyre. . De viser til og med sårbarheter i sidekanalen som kan svekke protokollens sikkerhet. "
Forskere sier at den nye polarisasjonsgiveren er "POGNAC" og POGNAC er en kombinasjon av POlarization og SaGNAC. Ved hjelp av et fiberoptisk ringformet Sagnac interferometer kan denne polarisasjonsgiveren raskt rotere polariseringen av hendelseslaseren. Enheten deler strålen inn i to, og polariseringen av de to bjelkene er vinkelrett på hverandre. De to bjelkene passerer deretter gjennom fiberløkken med henholdsvis med urviseren og mot klokken. Strømkomponenter kan plasseres i en 15 x 5 x 5 cm pakke, og hvis de medfølgende komponentene er mindre, kan pakken videreminatureres.
I fiberoptikksløyfen brukte forskere kommersielt tilgjengelige elektro-optiske modulatorer for å endre polariseringen og opprette kvantetilstanden som kreves for kvantnøkkelfordeling. Fordi klokken med urviseren og mot klokken kommer til modulatoren på forskjellige tidspunkter, moduleres de uavhengig av hverandre.
Modulatoren bruker en påført spenning for å endre den optiske fasen. Imidlertid avhenger absoluttverdien av faseskiftet av et antall parametere som varierer over tid. Vallone sa: "I POGNAC er bare den relative forskyvningen mellom to polariserte lys betydningsfulle. Denne relative forskyvningen tilsvarer endringen i utgangspolarisasjonen. Samtidig er forskyvningen forårsaket av temperaturendringer og andre faktorer selvkorrigerende. gjør POGNAC svært stabil og eliminerer polariseringsdrift som påvirker andre enheter. "
Verdi
Forskerne testet sine nye enheter ved å måle polariseringen av kvantestater produsert av POGNAC og sammenligne dem med de forventede verdiene. De målte en kvantfeilrate (QBER) på så lavt som 0,2%, mye lavere enn kvantefeilraten på 1% til 2% av et typisk kvantenøkkelfordelingssystem.
"Våre resultater viser at data kan kodes på en enkel og effektiv måte ved hjelp av polarisasjon av lys," sa Vallone. "Vi kan gjøre dette med bare kommersielt tilgjengelige komponenter."
Forskere forbedrer kontinuerlig deres metoder og planlegger å gjennomføre ytterligere testing for å observere hvordan POGNAC oppfører seg når man koder kvantenøkler for kryptering.