Tættere på en enkel og effektiv metode til kvantekryptering

Banker og offentlige myndigheder investerer allerede kraftigt i kvantekryptering, der er afhængig af laserstråler. Laserstråler frigiver dog ofte flere fotoner på én gang eller slet ingen. Et team på Hebrew University udviklede et system, der bruger fluorescerende krystaller. En laserstråle skinnede på disse kvanteprikker får dem til at fluorescere og udsende en strøm af enkelte fotoner.

Kvantecomputere vil revolutionere vores computerliv. Til nogle kritiske opgaver vil de være forbavsende hurtigere og bruge meget mindre strøm end nutidens computere. Men og her er de dårlige nyheder, disse computere vil være i stand til at knække de fleste af de krypteringskoder, der i øjeblikket bruges til at beskytte vores data, hvilket efterlader vores bank- og sikkerhedsoplysninger sårbare over for angreb. I øjeblikket er det meste computersikkerhed afhængig af matematiske manipulationer, der på nuværende tidspunkt sikrer et meget højt sikkerhedsniveau - det ville tage en almindelig computer milliarder af år at bryde en af ​​disse koder. Men i vores kvantefremtid skal der udvikles nye metoder til kryptering, der er afhængige af fysikkens love snarere end matematiske ligninger.

En frugtbar tilgang er at bruge kvanteegenskaberne af enkelte fotoner (lyspartikler) til sikkert at kryptere en besked, så ethvert forsøg på at hacke det umiddelbart kan detekteres af både afsender og modtager. Det har dog været en enorm udfordring at få en passende kilde til enkelte fotoner. Nu er et team af forskere, ledet af professor Ronen Rapaport og Dr. Hamza Abudayyeh fra Racah Institute of Physics ved det hebraiske universitet i Jerusalem (HU), sammen med professor Monika Fleischer, Annika Mildner og andre ved universitetet i Tübingen i Tyskland , har opnået et markant gennembrud. Deres resultater bringer os tættere på en enkel og effektiv metode til kvantekryptering og blev offentliggjort i den seneste udgave af ACS Nano .

Banker og offentlige myndigheder investerer allerede kraftigt i kvantekryptering, der er afhængig af laserstråler. Laserstråler frigiver dog ofte flere fotoner på én gang eller slet ingen. Det, der er nødvendigt for optimal sikkerhed, er en kilde, der kan udsende en hurtig, men konstant strøm af enkelte fotoner – i én retning og ved stuetemperatur.

Holdet på HU udviklede et system, der bruger fluorescerende krystaller i form af pletter så små, at specielle mikroskoper er nødvendige for at se dem. Kendt som kvanteprikker, måler hver prik meget mindre end en tusindedel af bredden af ​​et menneskehår. En laserstråle skinnede mod kvanteprikken, får den til at fluorescere og udsende en strøm af enkelte fotoner.

Disse kvanteprikker er individuelt monteret på gyldne nålehoveder – bortset fra, selvfølgelig, at det er et nano-nålehoved eller nanokegle, næsten en hundrede tusindedel af størrelsen af ​​et almindeligt nålehoved. Nanokoner er i stand til at øge kvantepunktemissionen af ​​fotoner 20 gange. Denne strøm af fotoner skydes derefter af i en enkelt retning af et "Bragg-gitter", der fungerer som en type antenne.

HU-Tübingen-enheden er ikke kun nyttig til kvantekryptering, men i andre situationer, der er afhængige af kvantebits til at kode information, såsom kvanteberegning. "På nuværende tidspunkt har vi en god prototype, der har potentiale for kommercialisering i den nærmeste fremtid," fortalte Ronen Rapaport.

Fordelen ved kvantekryptografi ligger i dens fysiske determinisme. "Videnskabelige love kan ikke brydes - en enkelt foton kan ikke opdeles, uanset hvor meget man prøver. Matematiske kompleksiteter kan være meget svære at løse, men de er sårbare over for angreb og brud i modsætning til kvantebaserede sikkerhedssystemer," forklarede Hamza Abudayyeh . Holdet er i øjeblikket ved at forbedre deres enhed, så den kan give en endnu mere pålidelig og effektiv strøm af enkeltfotoner, der kan bruges i en lang række kvanteteknologier. + Udforsk yderligere

Fysikere beskriver fotonernes karakteristika for at beskytte fremtidig kvanteberegning