Китай хакна природата: единичните фотони вече работят по график
Квантовото систематизиране на ключове (QKD) – способ за криптиране, учреден на правилата на квантовата физика се смята за един от най-обещаващите способи за отбрана на цифровите връзки. Той разрешава да се предават криптиращи ключове, като се употребяват квантови положения на фотони, които не могат да бъдат копирани или измерени без деформиране. Това прави прихващането на практика невероятно, без да се открие опит за хакване.
Тъй като основаването на същински източник на единични фотони остава техническо предизвикателство, множеството съществуващи QKD системи употребяват отслабени лазерни импулси, които имитират единични фотони. Такива импулси обаче не постоянно съдържат верния брой фотони и единствено към една трета от тях са фактически подобаващи за генериране на сигурни ключове.
Изследователи от Китайския университет за просвета и технологии съумяха да преодолеят това ограничаване, като приложиха източник, който излъчва индивидуален фотон при поискване.
Тяхната нова система, разказана в списание Physical Review Letters реализира доста по-висока скорост на генериране на сигурни ключове спрямо предходни подходи.
По думите на един от създателите на публикацията Фейху Сю, до момента в QKD необятно са употребявани слаби кохерентни импулси и протоколи със положения на замяна. Но този метод има теоретично ограничаване – вероятността за индивидуален фотон не може да надвишава към 37%, което понижава успеваемостта на системата. Въпреки че теоретично източниците на единични фотони могат да заобиколят това ограничаване, ниската им бляскавост е попречила това да бъде потвърдено на процедура. Този проблем не можа да бъде решен в продължение на съвсем две десетилетия.
Основната цел на новата работа беше да се сътвори физическа система, способна да излъчва единични фотони с висока бляскавост. Това би преодоляло минусите на обичайните лазерни източници и би повишило надеждността на технологията.
Изследователите са употребявали квантови точки, резонаторни микрокавитатори, тясно лентово пречистване и ефикасна поляризационна модулация, с цел да основат най-ефективния досега източник на единични фотони за QKD. Експериментите, извършени в лабораторни и полеви условия потвърдиха високата успеваемост на системата и забележителното нарастване на скоростта на генериране на ключове.
При тестванията новата система съумя да надвиши главните граници на скоростта за стандартните кохерентни импулси. При опит навън със загуба на сигнал от близо 15 децибела системата съумя да реализира скорост на генериране на ключове със 79% по-висока от предходната. Въпреки това, допустимата загуба на канала към момента е по-ниска от тази на стандартните системи, отбелязва Сю.
Изследователите изясняват това с остатъчните резултати от излъчването на голям брой фотони, които се демонстрират при потребление на протокол без положения на заменяне. В бъдеще те възнамеряват да подобрят устойчивостта на системата на загуби посредством усъвършенстване на източника на фотони и използване на спомагателни протоколи.
Екипът има намерение да усъвършенства успеваемостта на емисията и чистотата на фотоните, да усъвършенства самата система QKD и да изследва приложимостта на протоколи като теорията на заместващите положения. Освен това те възнамеряват да разработят по-усъвършенствана квантова мрежова инфраструктура, включваща телепортация, квантови ретранслатори и повторители. Учените са уверени, че създаването на технологиите ще направи квантовото систематизиране на ключове налично за ежедневна приложимост.
