ORNL, LANL-udviklede kvanteteknologier tager afstand

For andet år i træk, et team fra Department of Energy's Oak Ridge og Los Alamos nationale laboratorier ledede en demonstration arrangeret af EPB, et samfundsbaseret forsynings- og teleselskab, der betjener Chattanooga, Tennessee.

Ved hjælp af en isoleret del af EPB's fiberoptiske netværk, teamet eksperimenterede med kvantebaserede teknologier, der kunne forbedre cybersikkerheden, levetid og effektivitet i landets elnet. Blandt andre succeser, forskerne øgede drastisk rækkevidden, som disse ressourcer kan dække i samarbejde med deres nye branchepartner, Qubitekk.

Teamet testede kvantnøglefordeling, eller QKD, systemer, der udnytter kvantemekanikkens magt til at godkende data og kryptere meddelelser med en hemmelig "nøgle". Brug af private krypteringsmetoder, nøglen overfører sikkert "låste" oplysninger fra et QKD -system til et andet gennem en "pålidelig knude", der stort set er usårlig for cyberangreb.

"Denne teknologi er ikke afhængig af de matematiske love, der styrer moderne computersikkerhed, men af ​​de fysiske love i kvantemekanikken, der ikke ændrer sig over tid, "sagde Raymond Newell, der leder LANLs kvantekommunikationsteam. "Som resultat, vi kan give sikkerhedssikringer, der forbliver sande på ubestemt tid, fordi de ikke er afhængige af antagelser. "

Sidste år, ORNL, LANL og EPB demonstrerede, at QKD -systemer kunne fungere problemfrit på trods af forskellige underliggende hardware- og softwarekomponenter, et vigtigt skridt mod i sidste ende at inkorporere QKD i nettet - som leverer elektricitet til bygninger i hele USA - på nationalt plan. Disse systemer kan hjælpe med at sikre kompatibiliteten af ​​udstyr fra forskellige leverandører, der understøtter forsyningsejere og operatører.

"Efter at have påvist interoperabilitet, vi kan nu vise fordelene ved et udvidet område, der dækker et større territorium og simpelthen kommer længere, end det ville have været muligt med et enkelt system, der fungerer alene. "Sagde Newell.

Under årets demonstration, forskerne placerede deres systemer og et nyt system udviklet af Qubitekk, en QKD -udvikler og producent, i elektriske understationer i Chattanooga. Disse understationer blev forbundet med det stykke EPB's fiberoptiske netværk, der var afsat til test og fungerede som pitstops, der tillod hvert system at videregive en nøgle til det næste system.

Alvorlige afstandsbegrænsninger forhindrede tidligere QKD i at blive en levedygtig tilføjelse til eksisterende netstyringsteknikker, men denne test viste, at tre forskellige systemer kan gennemføre et virkeligt relæ af kvantetaster i hele byen.

"Vellykket demonstration af QKD -ydeevne i et reelt miljø hjælper med at fastslå gennemførligheden af ​​denne teknologi til beskyttelse af kritisk infrastruktur for energileverancer, "sagde Nicholas Peters, Quantum Information Science, eller QIS, gruppeleder på ORNL.

Opbevaring af QKD -systemer i understationer - kasser omgivet af bygninger, kameraer, hegn og andre sikkerhedsforanstaltninger - forudsat cyber og fysisk beskyttelse.

"QKD er unik, fordi den kan registrere tilstedeværelsen af ​​enhver aflytter, der forsøger at opsnappe og kopiere oplysninger, "sagde ORNL QIS Quantum Communications Team Lead Phil Evans." Disse aflytninger viser sig som fejl, og vi smider dem væk, før de kan lække nogen vigtig information. "

Ud over at udvide den fysiske afstand, som disse systemer kan kommunikere over, den pålidelige node -tilgang gavner også forsyningsudbydere ved at tillade yderligere understationer at eksistere på kvantenetværket. Som resultat, kontrolcentret kan kommunikere og sikkert afgive kritiske instruktioner til alle understationer samtidigt.

"Med denne teknologi, forsyningsselskaber får bedre cybersikkerhed uden at indføre administrativ hovedpine. Det er en sæt-og-glem-løsning, der forenkler cybersikkerhedsoperationer for forsyningsselskaber, "sagde Duncan Earl, præsident og teknisk chef for Qubitekk.

Nuværende smart grid -kommunikation udnytter eksisterende klassiske teknologier, men tilføjelse af private kvantenetværk ville øge cybersikkerheden og forbedre holdbarheden af ​​afgørende ressourcer. Selvom dagligdags enheder som smartphones og bærbare computere generelt kræver udskiftning hvert par år, når operativsystemet ikke længere understøttes, bytte transformerstationer eller generatorer, der ofte ville være upraktiske og dyre.

"I princippet, QKD -systemer integreret i nettet ville forblive sikre i årtier, at matche eller overskride levetiden for den fysiske infrastruktur "Sagde Peters.

Selvom cybersikkerhed og levetid er vigtig for QKD -ydelsen, bedre driftseffektivitet er også afgørende. For eksempel, dele af nettet, der understøtter vedvarende energikilder som f.eks. solenergi, afhænger af solens og skyernes stadigt skiftende position, og QKD kunne hjælpe med at fordele ansvaret i andre dele af nettet for at kompensere for svingende output, mens det stadig høster frugterne af grøn energi.

Med et af de mest avancerede smarte net i landet, EPB er blevet en pioner inden for netforskning gennem mangeårige partnerskaber og nye demonstrationer, der tester kvanteteknologi i en hidtil uset størrelse.

"Vi er stolte over vores partnerskab med DOE, ORNL og LANL og at EPB kunne være vært for denne kvantebaserede sikkerhedstest til denne simulering, "sagde Steve Morrison, EPB's direktør for informationssikkerhed. "Disse smarte netdemonstrationer hjælper os med at udvikle lovende teknologi til at beskytte Amerikas elektriske net mod cyberangreb."

ORNL- og LANL -forskere fortsætter med at udvikle kvanteteknologier - hvoraf nogle er kommercielt licenserede, og nogle af dem er i de tidlige stadier af testning - og begge laboratorier planlægger at fortsætte samarbejdet med EPB.

"Vi har fundet dem til at være en fremragende partner, "Evans sagde." De har en meget fremadrettet tankegang og har opbygget et fantastisk fiberoptisk netværk, der inkluderer den isolerede mørke fiber test seng, de har ladet os bruge til mange forsøg. Vi kunne ikke være nået så langt uden folkene på EPB. "

Lidt efter lidt, teamet håber at implementere flere QKD -ressourcer i det nationale netsystem for at se de samme fremskridt i en meget større skala.