Opmerkelijk is dat kwantumsleuteldistributieprotocollen zoals het Bennett-Brassard-schema informatietheoretische beveiliging bieden. De tot nu toe gerealiseerde kwantumprotocollen zijn echter onderhevig aan een nieuwe klasse van aanvallen die gebruik maken van een mismatch tussen de geïmplementeerde kwantumtoestanden of metingen en hun theoretische modellering, zoals aangetoond in tal van experimenten.
Voor het eerst heeft een internationaal team van wetenschappers, waaronder onderzoekers van EPFL, heeft een experimentele benadering van kwantumsleuteldistributie gedemonstreerd op basis van hoge kwaliteit kwantumverstrengeling — veel ruimere veiligheidsgaranties bieden dan eerdere regelingen.
Professor Rüdiger Ubanke, decaan van de IC School die samen met Ph.D. student Kirill Ivanov, is een van de auteurs van de paper, zei: “In de loop der jaren is men zich gaan realiseren dat QKD-schema's een opmerkelijk voordeel kunnen hebben: gebruikers hoeven alleen zeer algemene veronderstellingen te maken met betrekking tot de apparaten die in het proces worden gebruikt. De nieuwste vorm van QKD is nu algemeen bekend als 'apparaatonafhankelijke QKD'. Een experimentele implementatie hiervan werd een belangrijk doel in het veld. Daarom is het spannend dat er nu eindelijk zo'n doorbraakexperiment is bereikt.”
In het experiment werden twee enkele ionen gebruikt - één voor de zender en één voor de ontvanger - en werden in afzonderlijke vallen gehouden die met elkaar waren verbonden door een optische vezel. Verstrengeling tussen de ionen werd geproduceerd in dit fundamentele kwantumnetwerk met record-high fidelity over miljoenen runs.
Het protocol zou niet op een praktisch bruikbare manier zijn uitgevoerd zonder zo'n consistente bron van hoogwaardige verstrengeling. Het was even cruciaal om te controleren of de verstrengeling op de juiste manier werd geëxploiteerd. In theorie waren er aanzienlijke doorbraken nodig voor de gegevensverwerking, de effectieve extractie van de cryptografische sleutel en het garanderen van optimale prestaties tijdens het experiment.
In het experiment zaten de 'legitieme partijen' - de ionen - in één en hetzelfde laboratorium. Maar er is een duidelijke route om hun afstand tot kilometers uit te breiden. Met dat perspectief en verdere recente vooruitgang in verwante experimenten in Duitsland en China, is er nu een reëel vooruitzicht om theoretische technologie om te zetten in praktische technologie.
Journal Reference:
- Nadlinger DP et al. Experimentele kwantumsleuteldistributie gecertificeerd door de stelling van Bell. NATUUR, online gepubliceerd 27 juli 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-04941-5
