فناوری برای تجاری سازی رمزنگاری کوانتومی

سیستم‌های رمزنگاری کلید عمومی مدرن ممکن است اخیراً در برابر نقص‌های امنیتی در برابر رایانه‌های کوانتومی قدرتمند آسیب‌پذیر بوده باشند. سیستم های رمزنگاری کوانتومی به عنوان یک راه حل بالقوه توجه زیادی را به خود جلب کرده اند.

سیستم های رمزنگاری کوانتومی از کلیدهای کوانتومی استفاده می کنند که امنیت را بر اساس تضمین می کند فیزیک کوانتوم به جای پیچیدگی محاسباتی از این رو، اعتقاد بر این است که آنها امن تر هستند.

تکنیک ضروری برای پیاده سازی سیستم های رمزنگاری کوانتومی، توزیع کلید کوانتومی (QKD) است. برای تجاری سازی QKD، دو مشکل کلیدی تکنولوژیکی باید حل شود. یکی فاصله ارتباطی است و دیگری گسترش از ارتباط یک به یک (1:1) به ارتباطات شبکه یک به چند (1:N) یا چند به چند (N: N).

تیم تحقیقاتی در موسسه علم و فناوری کره (KIST، کارگردان Seok-jin Yoon) یک شبکه عملی TF QKD را با موفقیت نشان داده است. این دومین نمایش آزمایشی شبکه TF QKD در جهان پس از دانشگاه تورنتو در کانادا است.

تیم تحقیقاتی یک ساختار شبکه TF QKD جدید را پیشنهاد کرد که به یک شبکه دو به چند (2:N) مقیاس‌پذیر مبتنی بر مالتی‌پلکس کردن پلاریزاسیون، زمان و تقسیم طول موج است. برخلاف اولین نمایش دانشگاه تورنتو بر اساس ساختار شبکه حلقه ای، معماری تیم تحقیقاتی بر اساس یک شبکه ستاره ای است. سیگنال کوانتومی در ساختار حلقه باید از هر کاربر متصل به حلقه عبور کند. با این حال، ساختار ستاره فقط آن را از طریق مرکز می‌گذراند، که اجرای یک سیستم QKD کاربردی‌تر را ممکن می‌سازد.

تیم یک ساختار plug-and-play (PnP) را برای این سیستم TF QKD اعمال کرد. برخلاف سیستم TF QKD معمولی که از سیستم‌های کنترل زیادی برای حفظ عدم تمایز دو سیگنال کوانتومی ساطع شده توسط منابع نوری مختلف دو کاربر استفاده می‌کند، این معماری جدید PnP TF QKD به شخص ثالث میانی نیاز دارد تا سیگنال‌های اولیه را به هر دو کاربر تولید و ارسال کند. با استفاده از یک منبع نور واحد، و سیگنال ها با انجام یک سفر رفت و برگشت به شخص ثالث باز می گردند.

در نتیجه، کاربران اساساً طول موج یکسانی دارند و اثر دوشکستگی کانال به طور خودکار هرگونه رانش قطبی شدن را جبران می‌کند. علاوه بر این، از آنجایی که دو سیگنال مسیر یکسانی را دنبال می‌کنند اما در جهات مختلف، زمان‌بندی رسیدن آنها همیشه یکسان است. بنابراین معماری توسعه یافته توسط تیم تحقیقاتی را می توان تنها با استفاده از یک کنترل کننده فاز پیاده سازی کرد. محققان یک نمایش تجربی از شبکه TF QKD بر اساس معماری را تکمیل کردند.

سانگ ووک هان، رهبر مرکز اطلاعات کوانتومی، گفت:, "این یک دستاورد تحقیقاتی قابل توجهی است که امکان حل دو مانع اصلی تجاری سازی QKD را نشان می دهد و ما به یک فناوری کلیدی دست یافته ایم که تحقیقات مربوطه را هدایت می کند."

مرجع مجله:

1. پارک، سی اچ، وو، ام.کی.، پارک، بی.کی. و همکاران پیکربندی شبکه توزیع کلید کوانتومی دو میدانی ۲×N بر اساس پلاریزاسیون، طول موج و تقسیم زمانی. npj Quantum Inf 8، 48 (2022). DOI: 10.1038/s41534-022-00558-8