Nya A ll-fiber D evices P romote G lobal Q uantum E ncryption N etwork C onstruction
Kvantumnyckelfördelning är inte beroende av matematik, men använder kvantegenskaper för ljus, såsom polarisering, avkodning och sändning av slumpmässiga nycklar som dekrypterar kodad data. Denna metod är speciellt säker på grund av att intrång från tredje part upptäcks.
Forskare vid University of Padova i Italien rapporterade i Optics Letters (Optical Society of America) OSA (Journal of Optical Society of America) att deras fiberoptiska enheter har mer än en miljard polarisationer per sekund av omkopplingsbart ljus. Enheten är också självkompensativ och är inte känslig för temperatur och andra miljöförändringar.
I QuantumFuture-forskargruppen sade Giuseppe Vallone, som ledde forskningen med medförfattaren Paolo Villoresi: "Kvantumnyckeldistributionen förväntas få en djupgående inverkan på medborgarnas integritet och säkerhet. Vårt system Förenklar den fördelade kvanta fördelningen som används i fri-rymdkommunikation. Till exempel satellit till jord eller kommunikation mellan mobilterminaler. Att realisera globala kvantnätverk kräver fri-rymdkommunikation. "
Teknologi
Eftersom kvantnycklar inte fungerar bra över fiberoptiska nät med långdistanshastighet är det ytterst brådskande att utveckla ett satellitbaserat kvantkommunikationsnätverk som kopplar samman olika markbaserade kvantkrypterade nätverk runt om i världen.
Fastän de olika egenskaperna hos ljus kan användas för att skapa de kvantstånd som krävs för kvantkryptering, är polarisering särskilt väl lämpad för fri-rymdkoppling eftersom den inte påverkas av atmosfären och avkodas vid mottagaren utan att behöva samla in data. Kommer till single mode fiber (det här är en utmanande uppgift).
Vallone sa: "Vårt mål är att utveckla ett kvantkrypteringsschema som kan användas mellan satelliter och marken. Nycklar genereras i omlopp. Men dagens polarisationsdekoder är inte lämpliga för användning i rymden eftersom de är instabila och dyra. . De visar även sidans kanal sårbarheter som kan försämra protokollets säkerhet. "
Forskare säger att den nya polarisationsgivaren är "POGNAC" och POGNAC är en kombination av POlarization och SaGNAC. Med hjälp av en fiberoptisk ringformad Sagnac-interferometer kan denna polarisationsomkodare snabbt rotera polariseringen av den infallande lasern. Anordningen delar strålen i två, och polariseringen av de två strålarna är vinkelrätt mot varandra. De två strålarna passerar sedan genom fiberlocket medurs respektive motursriktningen. Nuvarande komponenter kan placeras i en 15 x 5 x 5 cm-förpackning, och om de medföljande komponenterna är mindre kan förpackningen ytterligare miniatyriseras.
I fiberoptiska slingan använde forskare kommersiellt tillgängliga elektrooptiska modulatorer för att ändra polarisationen och skapa det kvante tillstånd som erfordras för kvantextransmission. Eftersom röntgen medurs och moturs anländer till modulatorn vid olika tidpunkter moduleras de oberoende av varandra.
Modulatorn använder en applicerad spänning för att ändra den optiska fasen. Det absoluta värdet av fasskiftet beror dock på ett antal parametrar som varierar över tiden. Vallone sa: "I POGNAC är endast den relativa förskjutningen mellan två polariserade ljus meningsfulla. Denna relativa förskjutning motsvarar förändringen i utgångspolariseringen. Samtidigt är förskjutningen orsakad av temperaturförändringar och andra faktorer självkorrigering. gör POGNAC mycket stabil och eliminerar polarisationsdrift som påverkar andra enheter. "
Värde
Forskarna testade sina nya enheter genom att mäta polariseringen av kvanttillstånden som produceras av POGNAC och jämföra dem med de förväntade värdena. De uppmättade en kvantfelgrad (QBER) av skuld så låg som 0,2%, mycket lägre än kvantfelprocenten på 1% till 2% av ett typiskt distributionsnätdistributionssystem.
"Våra resultat visar att data kan kodas på ett enkelt och effektivt sätt med hjälp av polarisationen av ljus," sa Vallone. "Vi kan göra detta med endast kommersiellt tillgängliga komponenter."
Forskare förbättrar ständigt sina metoder och planerar att genomföra ytterligare test för att observera hur POGNAC beter sig vid kodning av kvantnycklar för kryptering.