Устройства на основе чипов повышают практичность квантово-защищенной связи

Продемонстрировали новые устройства на основе чипов, которые содержат все оптические компоненты, необходимые для распределения квантовых ключей, при одновременном повышении реальной безопасности Быстрая и экономически эффективная платформа готова к внедрению чрезвычайно защищенного обмена данными, который можно использовать для защиты всего, от электронной почты до информации онлайн-банкинга.

Достижения в области компьютерных технологий вскоре оставят современные методы шифрования онлайн-данных уязвимыми для прослушивания. Квантовое распределение ключей предлагает непроницаемое шифрование с использованием квантовых свойств света для генерации безопасных случайных ключей между пользователями для шифрования и дешифрования их онлайн-данных. Хотя распределение квантовых ключей совместимо с большинством оптоволоконных сетей, для реализации этого метода шифрования за пределами лаборатории необходимы более надежные и менее дорогие устройства.

В журнале Optica , Оптическом обществе (OSA), посвященном исследованиям с высокой отдачей, исследователи сообщают, что безопасный обмен квантовыми ключами может быть осуществлен между двумя устройствами на основе микросхем — размером всего 6 x 2 миллиметра — потенциально по оптоволоконной сети со связями. до 200 километров в длину.

«Устройства на основе чипов значительно уменьшают барьер для широкого распространения квантово-защищенных коммуникаций, предоставляя надежную, массово производимую платформу», — сказал руководитель исследовательской группы Генри Семененко из Университета Бристоля, Великобритания. «В будущем эти устройства станут частью стандартного бытового подключения к Интернету, обеспечивающего безопасность наших данных независимо от достижений в области компьютерных технологий».

Уменьшение размера и энергопотребления

Новые устройства распределения квантовых ключей основаны на той же полупроводниковой технологии, что и в каждом смартфоне и компьютере. Вместо проводов для направления электричества они содержат очень сложные схемы, которые управляют слабыми фотонными световыми сигналами, необходимыми для распределения квантовых ключей. Наноразмерные компоненты в микросхемах позволяют радикально уменьшить размер и энергопотребление квантовых систем связи, сохраняя при этом высокую производительность, необходимую для современных сетей.

«Благодаря плотно упакованным оптическим компонентам наша основанная на микросхемах платформа обеспечивает уровень точного управления и сложности, которых невозможно достичь с помощью альтернатив», — сказал Семененко. «Это позволит пользователям получить доступ к защищенной сети с помощью экономичного устройства того же размера, что и маршрутизаторы, которые мы используем сегодня для доступа в Интернет».

Исследователи разработали новую платформу для облегчения общегородских сетей и радикального сокращения количества соединений, требуемых между пользователями.

«Наша платформа позволяет отдельным пользователям подключаться к централизованному узлу, который обеспечивает безопасную связь с любым другим пользователем», — сказал Семененко. «По мере развития квантовых сетей централизованный узел будет предлагать критически важную инфраструктуру, которая в конечном итоге будет поддерживать более сложные протоколы связи».

Демонстрация устройств

Исследователи продемонстрировали свои новые устройства на основе чипов с помощью эксперимента с проверкой принципа, в котором они эмулировали 200-километровую оптоволоконную сеть в Лаборатории квантовых инженерных технологий Университета Бристоля. Используя два независимых чиповых устройства, они показали, что частота ошибок и скорость сопоставимы с современными коммерческими компонентами.

«Мы показали, что эти устройства на основе чипов могут использоваться для создания квантовых эффектов, даже когда фотоны генерируются различными устройствами», — сказал Семененко. «Это жизненно важно для квантовых сетей, где каждый пользователь будет управлять своими собственными устройствами, которые распределены по городу».

Исследователи планируют сделать систему более практичной за счет разработки аппаратного обеспечения для конкретного приложения. Затем они будут использовать волоконно-оптическую сеть вокруг города Бристоль, чтобы создать демонстрационную столичную сеть со многими пользователями.