Fotoner trænet til optisk fiber forhindringsbane vil levere stærkere cybersikkerhed

Under mange byer er komplekse netværk af optiske fibre, der bærer data, kodet i lysimpulser, til kontorer og hjem. Forskere fra National University of Singapore (NUS) og Singtel, Asiens førende kommunikationsteknologigruppe, har demonstreret en teknik, der vil hjælpe par af lyspartikler med at navigere glat i disse netværk, et gennembrud, der vil muliggøre stærkere cybersikkerhed. Demonstrationen blev udført over 10 km af Singtels fibernet. Dette projekt, udført i Singapore, er drevet af NUS-Singtel Cyber ​​Security Research &Development Laboratory, et offentlig-privat partnerskab støttet af Danmarks Forskningsfond, Statsministeriet, Singapore. Den er afhængig af ekspertisen fra Center for Quantum Technologies (CQT) på NUS.

Denne nye tilgang understøtter implementeringen af ​​en teknologi kendt som quantum key distribution (QKD). Sendes over fibernet, den bruger signaler sendt i lyspartikler kendt som fotoner. Detektering af individuelle fotoner skaber krypteringsnøgler til sikker kommunikation. Data krypteret med sådanne nøgler er modstandsdygtige over for alle computerhack.

QKD-forsøg udføres over hele verden, da regeringer og virksomheder erkender behovet for at styrke deres cybersikkerhed. QKD-forsøgene udført af NUS-Singtel-teamet bruger par af fotoner, der er forbundet af kvanteegenskaben for sammenfiltring. De fleste QKD-ordninger kræver, at afsenderen og modtageren af ​​en hemmelig besked udveksler fotoner direkte eller stoler på kilden til deres nøgler. Med denne alternative tilgang, det er muligt at kontrollere sikkerheden af ​​en nøgle leveret af en tredjepartsleverandør.

Det fungerer sådan her:Leverandøren ville skabe et par fotoner, så del dem op, sender en hver til de to parter, der ønsker at kommunikere sikkert. Sammenfiltringen betyder, at når parterne måler deres fotoner, de får matchende resultater, enten 0 eller 1. Hvis du gør dette for mange fotoner, efterlades hver part med identiske mønstre af 0'er og 1'er, give dem en nøgle til at låse og låse op for en besked.

Typisk, hver foton støder på en anden forhindringsbane af splejsede fibersegmenter og forbindelsesbokse. På deres veje, fotonerne lider også af spredning, hvor de effektivt spreder sig. Dette påvirker operatørernes evne til at spore fotonerne.

Det nye trick, offentliggjort den 4. april i det videnskabelige tidsskrift Anvendt fysik bogstaver , holder de sammenfiltrede fotoner synkroniseret, når de rejser forskellige veje gennem netværket. Dette er vigtigt, fordi de identificeres ved afstanden mellem deres ankomsttider ved detektoren. "Tidsinformation er det, der giver os mulighed for at forbinde par af detektionsbegivenheder sammen. Bevarelse af denne korrelation vil hjælpe os med at skabe krypteringsnøgler hurtigere, " siger James Grieve, en forsker på holdet.

Teknikken fungerer ved omhyggeligt at designe fotonkilden til at skabe par af lyspartikler med farver på hver side af et kendt træk ved optisk fiber kaldet 'nuldispersionsbølgelængden'. Normalt, i optiske fibre ville blåt lys ankomme hurtigere end rødere lys, sprede fotonernes ankomsttider. At arbejde omkring nul-spredningspunktet gør det muligt at matche hastighederne gennem fotonernes tids-energi-sammenfiltring. Så er timingen bevaret.

Lektor Alexander Ling, Principal Investigator hos CQT, ledet dette arbejde for NUS-Singtel lab. Han sagde, "Før disse resultater, det var ikke kendt, om multi-segment-karakteren af ​​udfoldet fiber ville muliggøre højpræcision spredningsannullering, fordi segmenterne generelt ikke har identiske nulspredningsbølgelængder."

Ved at vise, at det kan fungere, holdet øger forventningerne til QKD i forhold til kommerciel fiber. De sammenfiltrede fotoner kunne finde andre anvendelser, også. For eksempel, fotonerne i hvert par er skabt inden for femtosekunder fra hinanden. Deres koordinerede ankomsttider kan synkronisere ure til tidskritiske operationer såsom finansiel handel.