Hurtigere fotoner kunne muliggøre total datasikkerhed

Forskere ved University of Sheffield har løst et nøglepuslespil i kvantefysik, der kunne bidrage til at gøre dataoverførsel helt sikker.

Teamet har udviklet en måde at generere meget hurtige enkelt-foton lyspulser. Hver foton, eller lyspartikel, repræsenterer en smule binær kode - det grundlæggende sprog i computing. Disse fotoner kan ikke opfanges uden at forstyrre dem på en måde, der ville advare afsenderen om, at der var noget galt.

Overførsel af data ved hjælp af lys, der føres langs fiberoptiske kabler, er blevet stadig mere almindelig i løbet af de sidste årtier, men hver puls indeholder i øjeblikket millioner af fotoner. Det betyder, at i princippet, en del af disse kunne opsnappes uden påvisning.

Sikre data er allerede krypteret, men hvis en 'aflytter' var i stand til at opfange de signaler, der indeholder detaljer om koden, kunne de - i teorien - få adgang til og afkode resten af ​​meddelelsen.

Enkelte fotonimpulser giver total sikkerhed, fordi enhver aflytning umiddelbart opdages, men forskere har kæmpet for at producere dem hurtigt nok til at transportere data med tilstrækkelige hastigheder til at overføre store datamængder.

I en ny undersøgelse, udgivet i Naturnanoteknologi , Sheffield -teamet har brugt et fænomen kaldet Purcell -effekten til at producere fotoner meget hurtigt. En nanokrystal kaldet en kvantepunkt er placeret inde i et hulrum i en større krystal - halvlederchippen. Prikken bombarderes derefter med lys fra en laser, som får den til at absorbere energi. Denne energi udsendes derefter i form af en foton.

Placering af nanokrystallen inde i et meget lille hulrum får laserlyset til at hoppe rundt inde i væggene. Dette fremskynder fotonproduktionen med Purcell -effekten. Et problem er, at fotoner, der bærer datainformation, let kan forveksles med laserlyset. Sheffield -forskerne har overvundet dette ved at føre fotonerne væk fra hulrummet og inde i chippen for at adskille de to forskellige typer puls.

På denne måde, Det er lykkedes teamet at gøre fotonemissionshastigheden cirka 50 gange hurtigere, end det ville være muligt uden at bruge Purcell -effekten. Selvom dette ikke er den hurtigste fotonlyspuls, der endnu er udviklet, det har en afgørende fordel, fordi de producerede fotoner alle er identiske - en væsentlig kvalitet for mange kvanteberegningsapplikationer.

Mark Fox, Professor i optisk fysik ved University of Sheffield, forklarer:"Brug af fotoner til at overføre data gør det muligt for os at bruge de fysiske grundlovgivninger til at garantere sikkerhed. Det er umuligt at måle eller 'læse' partiklen på nogen måde uden at ændre dens egenskaber. Interferens med det ville derfor ødelægge dataene og lyde en alarm. "

Han tilføjede:"Vores metode løser også et problem, der har undret forskere i omkring 20 år - hvordan man bruger denne Purcell -effekt til at fremskynde fotonproduktion på en effektiv måde.

"Denne teknologi kunne bruges inden for sikre fiberoptiske telekommunikationssystemer, selvom det i første omgang ville være mest nyttigt i miljøer, hvor sikkerhed er i højsædet, herunder regeringer og hovedkvarter for den nationale sikkerhed. "