Новые устройства на базе волоконно-оптического кабеля Promote G lobal Q qantum E ncryption N etwork Cконструкция
Квантовое распределение ключей не опирается на математику, но использует квантовые свойства света, такие как поляризация, декодирование и передача случайных ключей, которые расшифровывают закодированные данные. Этот метод особенно безопасен, потому что обнаружены любые вторжения сторонних производителей.
Исследователи из Университета Падуи в Италии сообщили в журнале Optics Letters Оптического общества Америки (OSA), что их волоконно-оптические устройства имеют более одного миллиарда поляризаций в секунду переключаемого света. Устройство также является самокомпенсирующимся и не чувствительным к температуре и другим изменениям окружающей среды.
В исследовательской группе QuantumFuture Джузеппе Валлоне, который возглавлял исследование вместе с соавтором Паоло Виллорези, сказал: «Ожидается, что распределение квантовых ключей окажет глубокое влияние на конфиденциальность и безопасность граждан. Наша Схема упрощает используемое распределение квантовых ключей. в связи в свободном пространстве. Например, спутник-земля или связь между мобильными терминалами. Для реализации глобальных квантовых сетей требуется связь в свободном пространстве ".
Технология
Поскольку квантовые ключи не очень хорошо работают в волоконно-оптических сетях дальней связи, крайне необходимо разработать спутниковую квантовую сеть связи, которая соединяет различные наземные сети с квантовым шифрованием по всему миру.
Хотя различные характеристики света могут использоваться для создания квантовых состояний, необходимых для квантового шифрования, поляризация особенно хорошо подходит для связи в свободном пространстве, поскольку на нее не влияет атмосфера и она декодируется в приемнике без необходимости сбора данных. Переход на одномодовое оптоволокно (это сложная задача).
Валлон сказал: «Наша цель - разработать схему квантового шифрования, которую можно использовать между спутниками и землей. Ключи генерируются на орбите. Однако современные поляризационные декодеры не подходят для использования в космосе, потому что они нестабильны и дороги. И сложны. Они даже показывают уязвимости побочных каналов, которые могут ослабить безопасность протокола ".
Исследователи говорят, что новый поляризационный энкодер - «POGNAC», а POGNAC - это комбинация POlarization и SaGNAC. С помощью волоконно-оптического кольцевого интерферометра Саньяка этот энкодер поляризации может быстро вращать поляризацию падающего лазера. Устройство делит луч на два, и поляризация двух лучей перпендикулярна друг другу. Затем два луча проходят через волоконную петлю по часовой стрелке и против часовой стрелки соответственно. Текущие компоненты могут быть помещены в упаковку 15 x 5 x 5 см, и, если включенные компоненты меньше, упаковка может быть дополнительно уменьшена.
В оптоволоконном контуре исследователи использовали имеющиеся в продаже электрооптические модуляторы для изменения поляризации и создания квантового состояния, необходимого для распределения квантового ключа. Поскольку лучи по часовой стрелке и против часовой стрелки попадают в модулятор в разное время, они модулируются независимо друг от друга.
Модулятор использует приложенное напряжение для изменения оптической фазы. Однако абсолютное значение фазового сдвига зависит от ряда параметров, которые меняются во времени. Валлон сказал: «В POGNAC имеет значение только относительное смещение между двумя поляризованными источниками света. Это относительное смещение соответствует изменению выходной поляризации. В то же время смещение, вызванное изменениями температуры и другими факторами, является самокорректирующимся. делает POGNAC очень стабильным и устраняет дрейф поляризации, который влияет на другие устройства. "
Значение
Исследователи проверили свои новые устройства, измерив поляризацию квантовых состояний, создаваемых POGNAC, и сравнили их с ожидаемыми значениями. Они измерили коэффициент квантовой ошибки (QBER) вины всего лишь 0,2%, что намного ниже, чем коэффициент квантовой ошибки от 1% до 2% типичной системы распределения квантовых ключей.
«Наши результаты показывают, что данные могут быть закодированы простым и эффективным способом с использованием поляризации света», - сказал Валлоне. «Мы можем сделать это только с коммерчески доступными компонентами».
Исследователи постоянно совершенствуют свои методы и планируют проводить дальнейшее тестирование, чтобы наблюдать за поведением POGNAC при кодировании квантовых ключей для шифрования.