_ 100 de kilometri de quantum -transfer criptat

Cercetătorii de la DTU au distribuit cu succes o cheie cuantică securizată folosind o metodă numită distribuție variabilă continuă a cheilor cuantice (CV QKD). Cercetătorii au reușit să facă metoda să funcționeze pe o distanță record de 100 km - cea mai lungă distanță realizată vreodată folosind metoda CV QKD. Avantajul metodei este că poate fi aplicată infrastructurii existente de internet.

Computerele cuantice amenință criptările existente bazate pe algoritmi, care în prezent asigură transferurile de date împotriva interceptării și supravegherii. Ele nu sunt încă suficient de puternice pentru a le sparge, dar este o chestiune de timp. Dacă un computer cuantic reușește să descopere cei mai siguri algoritmi, el lasă o ușă deschisă tuturor datelor conectate prin internet. Acest lucru a accelerat dezvoltarea unei noi metode de criptare bazată pe principiile fizicii cuantice.

Dar pentru a reuși, cercetătorii trebuie să depășească una dintre provocările mecanicii cuantice - asigurarea coerenței pe distanțe mai lungi. Distribuția variabilă continuă a cheilor cuantice a funcționat până acum cel mai bine pe distanțe scurte.

„Am realizat o gamă largă de îmbunătățiri, în special în ceea ce privește pierderea de fotoni pe parcurs. În acest experiment, publicat în Science Advances, am distribuit în siguranță o cheie criptată cuantic la 100 de kilometri prin cablu de fibră optică. Aceasta este o distanță record cu această metodă", spune Tobias Gehring, profesor asociat la DTU, care, împreună cu un grup de cercetători de la DTU, își propune să fie capabil pentru a distribui informații criptate cuantic în întreaga lume prin internet.

Când datele trebuie trimise de la A la B, acestea trebuie protejate. Criptarea combină datele cu o cheie securizată distribuită între expeditor și destinatar, astfel încât ambii să poată accesa datele. O terță parte nu trebuie să poată afla cheia în timp ce aceasta este transmisă; în caz contrar, criptarea va fi compromisă. Prin urmare, schimbul de chei este esențial în criptarea datelor.

Distribuția cuantică a cheilor (QKD) este o tehnologie avansată la care cercetătorii lucrează pentru schimburi cruciale. Tehnologia asigură schimbul de chei criptografice prin utilizarea luminii din particulele mecanice cuantice numite fotoni.

Atunci când un expeditor trimite informații codificate în fotoni, proprietățile mecanice cuantice ale fotonilor sunt exploatate pentru a crea o cheie unică pentru expeditor și receptor. Încercările altora de a măsura sau observa fotonii într-o stare cuantică le vor schimba instantaneu starea. Prin urmare, este posibil doar din punct de vedere fizic să măsurați lumina prin perturbarea semnalului.

„Este imposibil să faceți o copie a unei stări cuantice, ca atunci când faceți o copie a unei foi A4 – dacă încercați, este va fi o copie inferioară. Acesta este ceea ce asigură că nu este posibilă copiarea cheii. Acest lucru poate proteja infrastructura critică, cum ar fi dosarele medicale și sectorul financiar, împotriva piratarii", explică Gehring.

CV QKD tehnologia poate fi integrată în infrastructura de internet existentă.

„Avantajul utilizării acestei tehnologii este că putem construi un sistem care să semene cu ceea ce se bazează deja comunicarea optică.”

Colalul vertebral a internetului este comunicarea optică. Funcționează prin trimiterea de date prin lumină infraroșie care trece prin fibre optice. Acestea funcționează ca ghidaje de lumină așezate în cabluri, asigurându-ne că putem trimite date în întreaga lume. Datele pot fi trimise mai rapid și pe distanțe mai lungi prin cabluri de fibră optică, iar semnalele luminoase sunt mai puțin susceptibile la interferențe, ceea ce se numește zgomot în termeni tehnici.

„Este o tehnologie standard care a fost folosită de mult timp. Deci, nu trebuie să inventați nimic nou pentru a o putea folosi pentru a distribui chei cuantice și poate face implementarea semnificativă. mai ieftin. Și putem funcționa la temperatura camerei", explică Gehring. „Dar tehnologia CV QKD funcționează cel mai bine pe distanțe mai scurte. Sarcina noastră este să creștem distanța. Iar cei 100 de kilometri reprezintă un pas mare în direcția corectă.”

Zgomot, erori și asistență din învățarea automată

Cercetătorii au reușit să mărească distanța abordând trei factori care limitează sistemul lor în schimbul cheilor criptate cuantic pe distanțe mai lungi:

Învățarea automată a oferit măsurători mai devreme ale perturbărilor care afectează sistemul. . Zgomotul, așa cum sunt numite aceste perturbații, poate apărea, de exemplu, din radiația electromagnetică, care poate distorsiona sau distruge stările cuantice transmise. Detectarea mai devreme a zgomotului a făcut posibilă reducerea efectului său corespunzător mai eficient.

În plus, cercetătorii au devenit mai buni în corectarea erorilor care pot apărea pe parcurs, care pot fi cauzate de zgomot, interferențe, sau imperfecțiuni ale hardware-ului.

„În activitatea noastră viitoare, vom folosi tehnologia pentru a stabili o rețea de comunicații sigure între ministerele daneze pentru a le asigura comunicarea. Vom încerca, de asemenea, să generăm chei secrete între, de exemplu , Copenhaga și Odense pentru a permite companiilor cu filiale în ambele orașe să stabilească o comunicare cuantică sigură”, spune Gehring.

QKD a fost dezvoltat ca concept în 1984 de Bennett și Brassard, în timp ce fizicianul canadian și pionierul computerelor Artur Ekert și colegii săi au realizat prima implementare practică a QKD în 1992. Contribuția lor a fost crucială pentru dezvoltarea protocoalelor QKD moderne, a unui set de reguli, proceduri sau convenții care determină modul în care un dispozitiv ar trebui să îndeplinească o sarcină.

QKD se bazează pe o incertitudine fundamentală în copierea fotonilor într-o stare cuantică. Fotonii sunt particulele mecanice cuantice din care constă lumina.

Fotonii într-o stare cuantică poartă o incertitudine fundamentală, ceea ce înseamnă că nu este posibil să știm cu certitudine dacă fotonul este unul sau mai mulți fotoni colectați în starea dată. , numiți și fotoni coerenți. Acest lucru împiedică un hacker să măsoare numărul de fotoni, făcând imposibilă realizarea unei copii exacte a unei stări.

De asemenea, au o aleatorie fundamentală, deoarece fotonii se află în mai multe stări simultan, numite și suprapunere. Suprapunerea fotonilor se prăbușește într-o stare aleatorie atunci când are loc măsurarea. Acest lucru face imposibilă măsurarea cu precizie în ce fază se află în suprapunere.

Împreună, devine aproape imposibil pentru un hacker să copieze o cheie fără a introduce erori, iar sistemul va ști dacă un hacker încearcă să pătrundă și să se închidă imediat. Cu alte cuvinte, devine imposibil ca un hacker să fure mai întâi cheia și apoi să evite blocarea ușii în timp ce încearcă să pună cheia în broască.

CV QKD se concentrează pe măsurarea proprietăților netede ale cuanticei. stări în fotoni. Poate fi comparat cu transmiterea de informații într-un flux de toate nuanțele de culori, în loc de transmiterea informațiilor pas cu pas în fiecare culoare.

(Fluierul)