نیا فوٹوون ڈیٹیکٹر کوانٹم کلید کی تقسیم کو تیز کرتا ہے۔

ایک سنگل فوٹون ڈیٹیکٹر جو کچھ کوانٹم کی ڈسٹری بیوشن (QKD) کرپٹوگرافی سسٹمز کی کارکردگی کو بڑھا سکتا ہے۔ ہیوگو زیبنڈن اور جنیوا یونیورسٹی کے ساتھیوں اور Quantique ID سوئٹزرلینڈ میں. ڈیوائس میں 14 آپس میں جڑے ہوئے سپر کنڈکٹنگ نینوائرز ہیں، جو فوٹوون کا پتہ لگانے کا کام بانٹتے ہیں۔

مستقبل کے کوانٹم کمپیوٹرز روایتی خفیہ نگاری کے نظام کو توڑ سکتے ہیں۔ تاہم، کوانٹم کرپٹوگرافی سسٹم کو ہیکرز سے محفوظ رہنا چاہیے - کم از کم اصولی طور پر۔ ایسا ہی ایک نظام کوانٹم کی ڈسٹری بیوشن (QKD) ہے، جو کوانٹم میکینکس کے قوانین کا استعمال اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کرتا ہے کہ دو بات چیت کرنے والی جماعتیں خفیہ طور پر کیز کا تبادلہ کر سکیں۔

QKD میں مخصوص پولرائزیشن ریاستوں میں فوٹون کے تار بھیجنا اور وصول کرنا شامل ہے۔ اگر کوئی سننے والا اس مواصلت کو روکتا ہے، تو یہ معلومات کی کوانٹم نوعیت میں خلل ڈالتا ہے اور اس طرح نامہ نگاروں کو متنبہ کرتا ہے۔

گھڑی کے محدود نرخ

جب کہ تجارتی QKD سسٹم پہلے سے ہی کچھ مخصوص ایپلی کیشنز میں استعمال ہو رہے ہیں، ٹیکنالوجی کا زیادہ وسیع استعمال "گھڑی کی شرح" کے ذریعے محدود ہے جس پر فوٹون بنائے، منتقل کیے جا سکتے ہیں اور اس کا پتہ لگایا جا سکتا ہے۔ Zbinden کا کہنا ہے کہ "ان سسٹمز کے کلاک ریٹ میں پچھلے 30 سالوں میں مسلسل اضافہ ہوا ہے۔ "لیکن جدید نظاموں میں، ڈٹیکٹر کی رفتار اور پوسٹ پروسیسنگ QKD میں اعلی خفیہ کلیدی شرحوں کے لیے محدود عنصر بن جاتی ہے۔"

یہ کلیدی شرحیں اس رفتار کو کنٹرول کرتی ہیں جس پر بات چیت کرنے والے فریق ایک محفوظ کوانٹم کلید کا تبادلہ کر سکتے ہیں۔ اعلی کلیدی شرحیں صارفین کو مزید معلومات کا تبادلہ کرنے کے قابل بناتی ہیں – دونوں زیادہ محفوظ طریقے سے اور تیز رفتاری سے۔

آج کے QKD سسٹمز سپر کنڈکٹنگ نانوائر سنگل فوٹون ڈیٹیکٹر (SNSPDs) استعمال کرتے ہیں، جو کرائیوجینک درجہ حرارت کو چلاتے ہیں۔ نانوائر کا ایک چھوٹا سا خطہ اس وقت گرم ہوتا ہے جب یہ فوٹان کو جذب کرتا ہے، عارضی طور پر سپر کنڈکٹر سے عام مواد میں تبدیل ہوتا ہے۔ یہ نانوائر کی برقی مزاحمت میں اضافے کا سبب بنتا ہے، جس کا پتہ چلا ہے۔ فوٹون کے جذب ہونے کے بعد، نانوائر کو اگلے فوٹون کا پتہ لگانے سے پہلے ٹھنڈا ہونا چاہیے - اور یہ بحالی کا وقت اس بات کی حد رکھتا ہے کہ SNSPD کتنی تیزی سے کام کر سکتا ہے۔

سادہ لیکن نفیس

اس کے مطالعہ میں، Zbinden کی ٹیم نے اس مسئلے کا ایک سادہ لیکن مؤثر حل نافذ کیا۔ "SNSPDs کا نیا ڈیزائن 14 nanowires پر مشتمل ہے، جو آپس میں اس طرح جڑے ہوئے ہیں کہ وہ سب آپٹیکل فائبر سے نکلنے والی روشنی سے یکساں طور پر روشن ہوں،" وضاحت کرتا ہے۔ فادری گرننفیلڈر, جنیوا یونیورسٹی میں Zbinden کے ساتھی. "اس سے اس بات کا امکان بڑھ جاتا ہے کہ کوئی تار موجود ہے جو ابھی بھی پتہ لگا سکتا ہے جب کہ کچھ دوسرے صحت یاب ہو رہے ہیں۔"

ڈیٹیکٹر کی ایک اور خصوصیت یہ ہے کہ ہر نانوائر عام طور پر SNSPDs میں استعمال ہونے والے نانوائرز سے چھوٹا ہوتا ہے – جس کا مطلب ہے کہ انفرادی نانوائرز تیزی سے ٹھنڈا ہو سکتے ہیں۔

موجودہ SNSPDs صرف 10 Mbps سے زیادہ کی کلیدی شرحوں کو سپورٹ کر سکتے ہیں، لیکن سوئس ٹیم نے بہت بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کیا ہے۔ Grünenfelder کا کہنا ہے کہ "SNSPD کی زیادہ سے زیادہ گنتی کی شرح، نیز ٹائمنگ ریزولوشن میں اضافے نے 64 کلومیٹر آپٹیکل فائبر پر 10 Mbps کی خفیہ کلیدی شرح حاصل کرنے میں مدد کی۔" "ہم پچھلے ریکارڈ کو چار کے ایک فیکٹر سے زیادہ شکست دے سکتے ہیں۔"

پرائیویسی ایمپلیفیکیشن

اس شرح سے فوٹونز کا پتہ لگا کر، ایک QKD سسٹم کسی بھی ضروری خرابی کی اصلاح کر سکتا ہے، اور رازداری کی افزائش کو انجام دے سکتا ہے (ایک ایسا عمل جو خام کلید کے فوٹونز کو حتمی محفوظ کلید میں تبدیل کر دیتا ہے، کسی بھی ایسی معلومات سے آزاد، جو شاید کسی چھپنے والے کو لیک ہوئی ہو) - دونوں حقیقی وقت میں.

سلمڈ ڈاؤن ٹرمینل خلا سے کوانٹم کیز منتقل کرتا ہے۔

ابھی کے لیے، SNSPDs کے لیے درکار کرائیوجینک درجہ حرارت کا مطلب ہے کہ ٹیکنالوجی QKD میں روزمرہ کے استعمال کے لیے موزوں نہیں ہے۔ "اہم شرحوں کو حد تک بڑھانے کے لیے نافذ کردہ دیگر اصلاحات کو زیادہ مرکزی دھارے، تجارتی QKD میں لاگو کیا جا سکتا ہے،" Zbinden وضاحت کرتے ہیں۔

تاہم، محققین اب بھی اپنے انتہائی تیز، انتہائی موثر SNSPDs کے لیے امکانات کی ایک وسیع رینج کا تصور کرتے ہیں: دور دراز خلائی جہاز کے درمیان محفوظ مواصلت سے لے کر جدید آپٹیکل سینسر کی نئی نسلوں تک - جو طبی امیجنگ میں خاص طور پر کارآمد ثابت ہو سکتے ہیں۔

تحقیق میں بیان کیا گیا ہے۔ فطرت فوٹوونکس.

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو بلاک چین۔ Web3 Metaverse Intelligence. علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ایڈریین ایشلے کے ساتھ مستقبل کا نقشہ بنانا۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/new-photon-detector-accelerates-quantum-key-distribution/