|
Новый уровень в области безопасной квантовой связи
|
|
|
|
Команда физиков из Еврейского университета в Иерусалиме совершила прорыв, который может приблизить безопасную квантовую связь к повседневному использованию — без необходимости использования безупречного оборудования.
|
|
|
|
Исследование, проведенное аспирантами Ювалем Блумом и Йоадом Орданом под руководством профессора Ронена Рапапорта из Института физики Рача при Еврейском университете в сотрудничестве с исследователями из Лос-Аламосской национальной лаборатории и опубликованное в журнале PRX Quantum, представляет новый практический подход, который значительно улучшает способы отправки квантовых зашифрованных данных. информация с использованием легких частиц — даже при использовании несовершенного оборудования.
|
|
|
|
На протяжении четырех десятилетий святой грааль квантового распределения ключей (QKD) — науки о создании неразрушаемого шифрования с использованием квантовой механики — зависел от одного неуловимого требования: идеально спроектированных однофотонных источников. Это крошечные источники света, которые могут испускать одну частицу света (фотон) за раз. Но на практике создание таких устройств с абсолютной точностью оказалось чрезвычайно сложным и дорогостоящим делом.
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы обойти эту проблему, специалисты в этой области в значительной степени полагаются на лазеры, которые проще в изготовлении, но не идеальны. Эти лазеры посылают слабые световые импульсы, которые содержат небольшое, но непредсказуемое количество фотонов — компромисс, который ограничивает как безопасность, так и расстояние, на которое данные могут быть безопасно переданы, поскольку умный перехватчик может "украсть" биты информации, которые закодированы одновременно более чем в одном фотоне.
|
|
|
|
Лучший способ с помощью несовершенных инструментов
|
|
|
|
Блум, Ордан и их команда изменили сценарий. Вместо того, чтобы ждать идеальных источников фотонов, они разработали два новых протокола, которые работают с тем, что у нас есть сейчас, — субпуассоновскими источниками фотонов на основе квантовых точек, которые представляют собой крошечные полупроводниковые частицы, которые ведут себя как искусственные атомы.
|
|
|
|
Динамически изменяя оптическое поведение этих квантовых точек и соединяя их с наноантеннами, команда смогла настроить способ излучения фотонов. Эта тонкая настройка позволила им предложить и продемонстрировать две передовые стратегии шифрования:
|
|
|
|
- Протокол с сокращенным подсадным состоянием: новая версия широко используемого метода квантового шифрования, адаптированного для несовершенных однофотонных источников, который исключает потенциальные попытки взлома из-за многофотонных событий.
|
|
- Анонсированный протокол очистки: новый метод, который значительно повышает безопасность сигнала за счет "фильтрации" избыточных фотонов в режиме реального времени, гарантируя, что записываются только истинные одиночные фотонные биты.
|
|
|
|
При моделировании и лабораторных экспериментах эти методы превзошли даже лучшие версии традиционных методов QKD на основе лазера, увеличив расстояние, на котором может быть произведен обмен защищенным ключом, более чем на 3 децибела, что является существенным достижением в данной области.
|
|
Реальный тест и шаг к практическим квантовым сетям
|
|
|
|
Чтобы доказать, что это не просто теория, команда создала реальную систему квантовой связи, используя источник квантовых точек комнатной температуры. Они запустили свою новую усиленную версию хорошо известного протокола шифрования BB84 - основы многих систем распределения квантовых ключей — и показали, что их подход не только осуществим, но и превосходит существующие технологии.
|
|
|
|
Более того, их подход совместим с широким спектром квантовых источников света, что потенциально снижает затраты и технические барьеры на пути широкомасштабного внедрения квантово-защищенной связи.
|
|
|
|
"Это важный шаг на пути к практичному и доступному квантовому шифрованию", - сказал профессор Рапапорт. "Это показывает, что нам не нужно совершенное оборудование для достижения исключительной производительности — нам просто нужно быть умнее в использовании того, что у нас есть".
|
|
|
|
Соавтор исследования Юваль Блум (Yuval Bloom) добавил: "Мы надеемся, что эта работа поможет открыть двери для создания реальных квантовых сетей, которые будут безопасными и доступными по цене. Самое интересное, что нам не нужно ждать, это можно реализовать с помощью того, что у нас уже есть во многих лабораториях по всему миру".
|
|
|
|
Источник
|
