Fysikere tilføjer forstærker til kvantekommunikationsværktøjskasse

Kvantekryptering ved hjælp af enkeltfotoner er en lovende teknik til at øge sikkerheden i kommunikationssystemer og datanetværk, men der er udfordringer ved at anvende metoden over store afstande på grund af transmissionstab. Brug af konventionel optisk forstærkning hjælper ikke, da dette forstyrrer kvanteforbindelsen mellem afsender og modtager, men fysikere i Europa har fundet en løsning - indvarslet fotonforstærkning - og sat den på prøve.

Holdet, som omfatter forskere fra University of Geneva og Delft University of Technology, har demonstreret teknikken over en simuleret afstand på 50 km, rapporterer sine resultater i journalen Quantum Science and Technology . Værket udgives som en del af et fokusnummer på temaet kvantekryptografi og kvantenetværk.

"I klassisk kommunikation, forstærkere bruges til at regenerere signalet. Imidlertid, i kvantestyret tilføjer dette for meget støj og ødelægger sammenhængen mellem kvantetilstandene, " forklarede Robert Thew, som leder co-quantum Technologies Group ved universitetet i Genève. "I vores eksperimenter, vi overvinder denne begrænsning ved at udnytte en teleportationsbaseret tilgang, som kan betragtes som en tabsfri kanal. "

I dag, når vi sender følsomme oplysninger over internettet, vi er afhængige af svære at løse matematiske udtryk for at beskytte vores data mod aflytning. Imidlertid, denne tilgang er sårbar over for angreb i fremtiden, da computere bliver mere i stand til at finde svar på disse numeriske problemer.

For at komme uden om problemet, fysikere har haft travlt med at udvikle alternative skemaer til sikker nøglegenerering baseret ikke på matematiske udtryk, men på kvanteopførsel af enkeltpartikler af lys - fotoner. Hvad mere er, ikke kun er disse teknikker umulige at knække med konventionelle metoder, de advarer også om aflytning. Det er såkaldte kvantenøgler.

Som forskerne fremhæver, en af ​​de vigtigste anvendelser af bebudet fotonforstærkning er såkaldt enhedsuafhængig kvantenøgledistribution – en tilgang, der sigter mod at certificere sikkerheden af ​​en forbindelse med minimale antagelser om selve systemet og den teknologi, der udnyttes.

Kernen i tilgangen er den konceptuelt simple idé om at sende en enkelt foton på en 50/50 strålesplitter for at generere sammenfiltring. Gentagelse af processen i træk og overvågning af output fra enkeltfotondetektorer giver byggestenene til at studere kvantekommunikationsprotokoller.

Når man tager dette et skridt videre, det er muligt at fordele sammenfiltringen mellem to steder, generere en unik nøgle til kryptering af datatransmission.

"Den eneste foton, eller indviklet sti, ordningen, vi bruger, er også tæt forbundet med kvanterepeatere med hensyn til, hvordan sammenfiltring fordeles i disse langdistance- og fuldt kvantenetværksløsninger, "kommenterede Thew." Vores næste trin er at udvikle kompakte og mere effektive heralded fotonkilder, der lettere kan implementeres, giver os mulighed for at skubbe den slags eksperimenter ind i virkelige netværk."