2:N TF QKD nätverksstruktur. Kredit: Korea Institute of Science and Technology
I moderna kryptosystem genererar användare offentliga och privata nycklar som garanterar säkerhet baserad på beräkningskomplexitet och använder dem för att kryptera och dekryptera information. På senare tid har dock moderna kryptosystem med offentlig nyckel mött potentiella kryphål i säkerheten mot kvantdatorer med stor beräkningskraft. Som en lösning har kvantkryptosystem blivit mycket uppmärksammade. De använder kvantnycklar som garanterar säkerhet baserad på kvantfysik snarare än beräkningskomplexitet; sålunda är de säkra även mot kvantdatorer. Därför förväntas kvantkryptosystem ersätta moderna kryptosystem.
Quantum key distribution (QKD) är den viktigaste tekniken för att realisera kvantkryptosystem. Två huvudsakliga tekniska frågor bör tas upp för att kommersialisera QKD. Den ena är kommunikationsavståndet och den andra är expansionen från en-till-en-kommunikation (1:1) till en-till-många (1:N) eller många-till-många (N:N) nätverkskommunikation.
Twin-field (TF) QKD, tillkännagav 2018, är ett långdistansprotokoll som dramatiskt kan öka kommunikationsavståndet för QKD-system. I TF QKD kan två användare distribuera en nyckel genom att sända kvantsignaler till en mellanliggande tredje part som är för mätning. Med tanke på den oundvikliga kanalförlusten tillåter denna arkitektur användarna att öka kommunikationsavståndet. Men trots dess innovativitet har det experimentellt demonstrerats av endast ett fåtal globala QKD-ledande grupper på grund av den betydande svårigheten med systemimplementering, och forskningen om TF QKD-nätverket är fortfarande otillräcklig.
Korea Institute of Science and Technology (KIST, direktör Seok-jin Yoon) meddelade att deras forskargrupp, Center for Quantum Information, ledd av direktör Sang-Wook Han, lyckades med en experimentell demonstration av ett praktiskt TF QKD-nätverk. Detta är den andra experimentella demonstrationen av TF QKD-nätverket i världen efter University of Toronto i Kanada.
I deras studie publicerad i npj Kvantinformation, föreslog forskargruppen en ny TF QKD-nätverksstruktur som kan skalas till ett två-till-många (2:N)-nätverk baserat på polarisations-, tids- och våglängdsmultiplexering. Till skillnad från den första demonstrationen av University of Toronto baserad på en ringnätverksstruktur, är forskargruppens arkitektur baserad på ett stjärnnätverk. Kvantsignalen i en ringstruktur måste passera genom varje användare som är ansluten till ringen, men stjärnstrukturen låter den bara gå genom mitten, vilket gör det möjligt att implementera ett mer praktiskt QKD-system.
Experimentdiagram. Kredit: Korea Institute of Science and Technology
Dessutom, för att övervinna de huvudsakliga implementeringshindren för att utveckla TF QKD-systemet, tillämpade teamet en plug-and-play-struktur (PnP). Ett konventionellt TF QKD-system kräver många styrsystem, såsom tid-, våglängds-, fas- och polarisationskontroller, för att bibehålla oskiljbarheten hos två kvantsignaler som emitteras av två användares olika ljuskällor. Medan i PnP TF QKD-arkitekturen som utvecklats av KIST-forskarteamet genererar och sänder den mellersta tredje parten de initiala signalerna till båda användare med en enda ljuskälla, och signalerna återvänder till tredje part genom att göra en rundresa. Därför kompenseras polarisationsdriften på grund av kanalens dubbelbrytande effekt automatiskt, och användare har i princip samma våglängd. Dessutom, på grund av att de två signalerna passerar genom samma rutt i motsatta riktningar, är ankomsttiderna för signalerna naturligtvis identiska. Som ett resultat krävs endast en faskontroller för att implementera forskargruppens arkitektur. Baserat på arkitekturen genomförde teamet framgångsrikt en experimentell demonstration av ett TF QKD-nätverk.
“Det är en betydande forskningsprestation som visar möjligheten att lösa de två huvudsakliga hindren för QKD-kommersialisering, och vi har fått en nyckelteknologi som leder motsvarande forskning”, säger Sang-Wook Han, ledaren för Center for Quantum Information.
Säker kommunikation med ljuspartiklar som kringgår beroendet av polarisering
Mer information:
Chang Hoon Park et al, 2×N dubbelfälts kvantnyckeldistributionsnätverkskonfiguration baserad på polarisation, våglängd och tidsdelningsmultiplexering, npj Kvantinformation (2022). DOI: 10.1038/s41534-022-00558-8
Tillhandahålls av National Research Council of Science & Technology
Citat:Forskare skapar nyckelteknologi för kommersialisering av kvantkryptografi (2022, 22 juli)hämtad 22 juli 2022 från https://techxplore.com/news/2022-07-key-technology-quantum-cryptography-commercialization.html
Detta dokument är föremål för upphovsrätt. Bortsett från all rättvis handel i syfte att privata studier eller forskning, får ingen del reproduceras utan skriftligt tillstånd. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.
Håll kontakten med oss på sociala medieplattformar för omedelbar uppdatering klicka här för att gå med i vår Twitter och Facebook
