Udveksling af information sikkert ved hjælp af kvantekommunikation i fremtidige fiberoptiske netværk

Søger efter bedre sikkerhed under datatransmission, regeringer og andre organisationer rundt om i verden har investeret i og udviklet teknologier relateret til kvantekommunikation og relaterede krypteringsmetoder. Forskere ser på, hvordan disse nye systemer - som i teorien, ville give uhackbare kommunikationskanaler - kan integreres i eksisterende og fremtidige fiberoptiske netværk.

Forskning ved National Institute of Information and Communications Technology i Japan, af et team, der omfatter senior gæsteforsker Tobias A. Eriksson, lover at løse en af ​​de vigtigste udfordringer for denne applikation:hvordan man opnår sikker kommunikation ved hjælp af kontinuerlig variabel kvantenøglefordeling. Ofte forkortet som QKD, denne metode er den løbende udveksling af krypteringsnøgler, genereret med kvanteteknologi, til kryptering af data, der overføres mellem to eller flere parter.

I et papir, der skal præsenteres på OFC:The Optical Fiber Communications Conference and Exhibition, der afholdes 3.-7. marts i San Diego, Californien, Eriksson og hans kolleger siger, at den primære anstødssten for denne applikation er støj genereret af fiberforstærkere på nuværende generation af single-mode fibersystemer. Deres forskning involverede at udforske, hvordan man udnytter multicore fiberoptisk teknologi, som forventes at blive brugt i fremtidige transmissionsnet.

Som navnet antyder, flerkernede fiberoptiske systemer bruger flere fiberkerner i en enkelt streng, hvorigennem data kan overføres. I nutidens fibernet, hver streng har normalt kun én kerne.

"Sikker kommunikation er en af ​​de sværeste udfordringer lige nu, og mange af de nuværende krypteringsmetoder kan en dag nemt blive brudt af algoritmer designet til kvantecomputere, " siger Eriksson. "En grund til, at vi ikke har set kommerciel udrulning af QKD, er, at teknologien ikke er kompatibel med den nuværende netværksarkitektur."

Da multicore fiber begynder at blive implementeret i fremtiden, Eriksson sagde, forskere ser på, hvordan den teknologi kan udnyttes til at løse krypteringsproblemet.

"Spørgsmålet, vi stillede os selv, er, om de rumlige dimensioner af multicore-fibre kan udnyttes til co-udbredelse af klassiske og kvantesignaler, " sagde Eriksson. "Det, vi fandt, er, at de klassiske kanaler kan transmitteres fuldstændig uden om kvantesignalerne, hvilket i single-mode fiber ikke er muligt, da forstærkerens støj dræber kvantekanalerne."

Erikssons team målte den overskydende støj fra krydstale mellem de klassiske og kvantekanalerne, ved hjælp af 19-kernet fiber. De fandt ud af, at denne tilgang har potentialet til at understøtte 341 QKD-kanaler, med 5 GHz mellemrum mellem bølgelængder på 1537 nm og 1563 nm.

Holdets tekniske resultater er skitseret i et papir, der skal præsenteres i San Diego ved OFC-mødet. Gruppen rapporterede, at når kvantekanalerne bruger en dedikeret kerne af en flerkernet fiber, netværksoperatører kan undgå støjen, der genereres af kerne-til-kerne krydstale ved at sikre, at bølgelængderne af kvantesignalerne fra QKD ligger i guard-båndet mellem de klassiske kanaler, der bærer data. Denne enkle løsning løser problemet med multipleksing af kvante- og klassiske kanaler og undgår at introducere nye komponenter til de klassiske kommunikationskanaler.