Канадские и американские ученые сделали важный шаг вперед в создании квантовых сетей

Канадские и американские ученые сделали важный шаг вперед в создании квантовых сетей, более экономичных и надежно защищенных от атак

Эксперименты, проведенные командой ученых из Университета Калгари, Калифорнийского технологического института и Национального института стандартов и технологий США, Колорадо, доказали перспективность независимой системы измерительного прибора квантового распределения ключа (QKD), основанного на распространенных технологиях.

QKD обеспечивает метод безопасной коммуникации. Многие системы QKD, включая коммерческие, усовершенствовались за последние 30 лет, а важные элементы, такие как показатели секретного ключа и максимальный коэффициент пропускания, постоянно улучшаются.

Результаты исследований команды ученых, опубликованные в журнале Quantum Science and Technology, показывают применение экономичных и имеющихся в продаже аппаратов, таких как лазер с распределенной ОС и программируемая логическая матрица, обеспечивающих подготовку кубитов временных бинов, а также временное переключение, и активные системы ОС, которые обеспечивают компенсацию различий временных характеристик фотонов после передачи через развертывающее оптоволокно.

Автор Раджу Валиварти: «Квантовые взломы за последнее десятилетие показали, что технические характеристики компонентов и устройств, используемые в фактических QKD системах, никогда полностью не сходятся с теоретическим описанием, используемым в доказательствах безопасности, что может поставить под сомнение безопасность реальных QKD систем. Например, т.н. «ослепляющие атаки» используют слабые звенья отдельных фотонных детекторов (SPDs), чтобы открыть побочный канал, через который взломщик может получить полную информацию о (предполагаемом) ключе безопасности. Обеспечение безопасности практичных QKD систем от всех таких атак является сложной задачей».

Соавтор д-р Чан Джоу: «Наша MDI-QKD система включает четыре части: кубитный подготовительный модуль, модуль измерения состояния Белла (BSM), управляющий модуль и модуль временного переключения, что обеспечивает генерирование ключей из кубитов в произвольно подготовленных состояниях. Не будет лишним заметить, что при демонстрации в управляющий модуль улучшен контроль поляризации и время прибытия фотонов, отправленных от Алисы и Боба к Чарли, что гарантирует их неразличимость в момент BSM.

Руководитель группы Вольфганг Титтель говорит: «Демонстрация нашего эксперимента подготавливает почву для формирования звездообразных MDI-QKD квантовых сетей с показателями секретных ключей в kbps, с длиной пролета более чем 100 км».

Пояснения к изображениям:

Fig. 1.

Экспериментальная установка. Поляризационный контроллер (PC), поляризационный расщепитель луча (PBS), поляризационный стабилизированный расщепитель луча(PMBS), сверхпроводящий нанопроводниковый детектор отдельных фотонов (SNSPD), измерения эффекта Хонга-У-Мандела (HOM), часы (CLK), измерения состояния Белла (BSM), плотное спектральное уплотнение (DWDM), фото-детектор (PD), программируемая логическая матрица (FPGA) , модулятор интенсивности (IM), фазовый модулятор (PM), аттенюатор (ATT), изолятор (ISO), квантовый канал (QC), классический канал (CC). Следует заметить, что сигналы CLK и BSM в электронном виде распределяются в направлениях к Алисе и Бобу в ходе эксперимента.

Fig. 4.

Смоделированные показатели ключей безопасности, включая и не включая конечный эффект. Число N указывает на общее число пар кубитов, излученных от Алисы и Боба, параметр безопасности равен 10^(-7).

Остальные результаты экспериментов см. в приложении. Оригинал статьи прикреплен к записи.

Источник: phys.org

Комментарии: