Forskere foreslår brugen af ​​kvantekaskadelasere for at opnå privat kommunikation i frit rum

Frirum optisk kommunikation, kommunikationen mellem to enheder på afstand ved hjælp af lys til at bære information, er et meget lovende system til at opnå højhastighedskommunikation. Dette kommunikationssystem er kendt for at være immunt over for elektromagnetisk interferens (EMI), en forstyrrelse genereret af eksterne kilder, der påvirker elektriske kredsløb og kan forstyrre radiosignaler.

Mens nogle undersøgelser har fremhævet de mulige fordele ved optisk kommunikation i frit rum, dette kommunikationssystem har indtil videre haft visse begrænsninger. Især, det er kendt for at tilbyde begrænset sikkerhed mod aflytning. Forskere ved Télécom Paris (medlem af Institut Polytechnique de Paris), mirSense, Technische Universität Darmstadt og University of California Los Angeles (UCLA) har for nylig introduceret et unikt system til mere sikker optisk kommunikation i frit rum baseret på en teknologi kendt som kvantekaskadelaser, en specifik type halvlederlaser, der typisk udsender mellem-infrarødt lys.

"Kerneideen bag vores forskning er, at privat frirumskommunikation med kvantenøgledistribution (dvs. baseret på kvantefysiske egenskaber) er lovende, men det er sikkert år væk, eller endnu længere, "Olivier Spitz, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte TechXplore. "I øjeblikket, de vigtigste begrænsninger ved denne teknologi er kravene til kryogene systemer, meget langsomme datahastigheder og dyrt udstyr."

I deres papir, med i Naturkommunikation , Spitz og hans kolleger foreslår et alternativ til tidligere foreslåede systemer til at opnå privat frirumskommunikation, som implementerer en kryptografisk protokol baseret på kvantemekanikkens love. Det nye system, de udtænkte, er baseret på brugen af ​​to ensrettet koblede kvantekaskadelasere.

Forskernes tilgang kombinerer det, der er kendt som kaossynkronisering med den mellem-infrarøde bølgelængde af kvantekaskadelaserteknologi. Kaossynkronisering er en specifik egenskab, der er blevet undersøgt i forbindelse med halvlederlasere i årtier.

"Kaossynkronisering er nøglen til privat kommunikation, mens mellem-infrarød bølgelængde betyder, at dæmpningen af ​​atmosfæren er lav sammenlignet med nær-infrarød bølgelængde, hvor de fleste af halvlederlaserne udsender, " Spitz forklarede. "Vi kan således forestille os transmission med en meget lang rækkevidde og med immunitet over for de atmosfæriske forhold. I øvrigt, den mellem-infrarøde bølgelængde indebærer stealth, da baggrundsstrålingen er i samme bølgelængdedomæne."

Den mellem-infrarøde bølgelængde af kvantekaskadelaserne gør det endnu sværere for en potentiel aflytning at tyde information udvekslet ved hjælp af forskernes system. Det betyder, at kommunikationssikkerheden øges yderligere.

"Jeg føler, at den mest bemærkelsesværdige præstation er den vellykkede kaossynkronisering mellem to QCL'er, " sagde Spitz. "I lang tid, muligheden for at skabe tidsmæssigt kaos i denne type struktur var kontroversiel, fordi de er afhængige af en anden teknologi, sammenlignet med de fleste halvlederlasere, hvilket generelt gør QCL'er mere stabile, så ikke rigtig udsat for kaos. Et par år siden, vi demonstrerede eksperimentelt, at QCL'er kan skabe tidsmæssigt kaos, og vi tog dette et skridt videre ved at opnå privat kommunikation baseret på kaossynkronisering."

Indtil nu, forskerne beskrev blot et proof of concept af deres foreslåede system, hvor afstanden mellem de to kvantekaskadelasere kun er en meter. Dette er ikke en realistisk konfiguration for frirumskommunikation. Imidlertid, de håber at forbedre deres system, at gøre det mere egnet til virkelige implementeringer.

"Vi planlægger at øge denne afstand til hundredvis af meter, derefter kilometer, for at opbygge et operationelt system, " sagde Spitz. "Bortset fra kvantekaskadelasere, der er andre mid-infrarøde halvlederlasere, såsom interband cascade lasers (ICL'er). Vi planlægger at gentage det samme eksperiment med ICL'er, for at bestemme den bedste konfiguration til privat kommunikation ved mellem-infrarød bølgelængde."

© 2021 Science X Network