Çin'deki araştırmacılar, önceki sistemin yarısı kadar kütleye sahip işlevsel bir QKD terminali göstererek uzaydan yere kuantum anahtar dağıtımında (QKD) önemli bir dönüm noktasına ulaştı. Yeni terminali Tiangong-2 uzay laboratuvarıyla Dünya'nın yörüngesine oturtmak üzere uzaya gönderdikten sonra, bilim insanları Hefei Ulusal Laboratuvarı ve Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (USTC), 19 Ekim 23 ile 2018 Şubat 13 tarihleri arasında 2019 deneyden oluşan bir seri gerçekleştirdi ve 15 ayrı günde uydu ile yerdeki dört istasyon arasında kuantum anahtarlarını başarıyla iletti.
Diğer QKD terminalleri gibi, bu çalışmadaki cihaz da verileri korumak için gereken şifreleme anahtarlarını oluşturmak için ışığın kuantum davranışına güveniyor. USTC'den fizikçi ve araştırma hakkında bir makalenin ortak yazarı olan Jian-Wei Pan, "QKD, iki uzak kullanıcı arasındaki bilgiyi kodlamak için temel ışık birimini (tek fotonlar) kullanıyor" diye açıklıyor. optik. "Örneğin verici, fotonların yatay, dikey, doğrusal +45° veya doğrusal -45° gibi polarizasyon durumları hakkındaki bilgileri rastgele kodlayabilir. Alıcıda benzer polarizasyon durumu kod çözme işlemi gerçekleştirilebilir ve ham anahtarlar elde edilebilir. Hata düzeltme ve gizlilik artırımının ardından son güvenli anahtarlar çıkarılabilir."
Geleceğe hazır güvenlik
Yeni inceltilmiş QKD terminali, yüksek güvenlik gereksinimleri olan kullanıcılar için iyi bir haber. Geleneksel açık anahtarlı şifreleme şu anda en iyi şifreleme araçlarından biri olmasına rağmen, klasik bilgisayarların belirli sorunları makul bir sürede çözemeyeceği gerçeğine dayanmaktadır. Ancak bu zorlu matematiksel işlevler yalnızca bilgisayar korsanı klasik bir bilgisayar kullanıyorsa çalışır. Pan'ın işaret ettiği gibi, gelecekte bir kuantum bilgisayarı basitçe şunları kullanabilir: Shor algoritması Mevcut en iyi kriptografi yöntemlerini bile kırmak için.
Kuantum bilgisayarları klasik şifrelemeyi kırabiliyorsa olası çözümlerden biri, uygulanabilir olduğunda bunun yerine kuantum şifrelemeyi kullanmak olabilir. Pan, "QKD, anahtar alışverişi sorununa bilgi güvenli bir çözüm sağlıyor" diyor. “Kuantum klonlamanın olmadığı teoremi, bilinmeyen bir kuantum durumunun güvenilir bir şekilde klonlanamayacağını belirtir. Eğer kulak misafiri QKD'yi gizlice dinlemeye çalışırsa, kaçınılmaz olarak kuantum sinyallerinde bozulmaya yol açar ve bu sinyaller daha sonra QKD kullanıcıları tarafından tespit edilir."
Paul KwiatAraştırmada yer almayan ABD'nin Urbana-Champaign kentindeki Illinois Üniversitesi'nden fizikçi, QKD'ye yönelik herhangi bir saldırının bulaşma sırasında yapılması gerektiğini ekliyor. “Bu anlamda, QKD bazen 'geleceğin kanıtı' olarak tanımlanır; bazı rakiplerin bundan 10 yıl sonra hangi hesaplama gücünü geliştirdiği önemli değildir (ki bu, genel anahtar kriptografisi için önemlidir); Önemli olan tek şey, kuantum anahtarı ilk kez dağıtıldığında kulak misafirinin sahip olduğu yeteneklerdir" diyor Kwiat. kuantum iletişim bölümüne liderlik ediyor at S-SONRAKİkuantum bilgi zorluklarına odaklanan bir araştırma konsorsiyumu.
Gün ışığı sınırlaması
Önceki QKD çalışmaları Micius uydusunda farklı bir cihazla yürütülmüş olsa da, son çalışmada araştırmacılar QKD yükünü kontrol elektroniği, optik ve teleskoplar gibi diğer sistemlerle entegre ederek terminalin kütlesini azaltmayı başardılar. Bu ileriye doğru atılmış büyük bir adımdır ancak Hefei-USTC ekibinin üyelerinin işi henüz bitmedi. Makalelerinde bahsettikleri zorluklardan biri şu anda terminali gün içerisinde çalıştıramamaları. Bunun nedeni, güneş ışığının saçılmasının, gece yapılan deneylerde görülenden beş ila altı kat daha fazla arka plan gürültüsü yaratmasıdır. Bununla birlikte Pan ve meslektaşları, gün ışığında QKD işlemini mümkün kılmak için dalga boyu optimizasyonu, spektral filtreleme ve uzaysal filtreleme gibi teknolojiler üzerinde çalışıyor.
Cihazdan bağımsız QKD, kırılmaz kuantum İnternet'i yakınlaştırıyor
Pan, ekibin dünya çapındaki kullanıcılara hizmet sunabilecek küresel bir uydu-yer entegreli kuantum ağının oluşturulmasıyla sonuçlanacağını umdukları büyük planları olduğunu belirtiyor. Bu çalışmanın başarısının ardından ekip, birkaç düşük yörüngeli uydu, orta ila yüksek yörüngeli bir uydu ve yer fiber QKD ağlarından oluşan bir kuantum uydu takımyıldızı inşa etmeye başlayacak. Pan, "Çalışmamızın en uygun uydu takımyıldızının nasıl inşa edileceğine dair ilgi çekici bir araştırma alanına katkıda bulunacağını düşünüyoruz" diyor.
