Блог

Jun 03, 2023

Непроницаемое шифрование для передачи данных: исследователи извлекли квантовое распределение ключей из лаборатории

Автор: The Optical Society, 18 июня 2021 г. · Полевые испытания показывают, что простая система QKD работает с существующей телекоммуникационной сетью в Италии. В новом исследовании исследователи демонстрируют автоматизированный, простой в использовании

Оптическое общество, 18 июня 2021 г.

Полевые испытания показывают, что простая система QKD работает с существующей телекоммуникационной сетью в Италии.

В новом исследовании исследователи демонстрируют автоматизированную, простую в использовании систему распределения квантовых ключей (QKD), использующую оптоволоконную сеть в городе Падуя, Италия. Полевые испытания представляют собой важный шаг на пути внедрения этой высокозащищенной технологии квантовой связи с использованием сетей связи, уже существующих во многих регионах мира.

QKD предлагает непроницаемое шифрование для передачи данных, поскольку использует квантовые свойства света для генерации безопасных случайных ключей для шифрования и дешифрования данных.

«QKD может быть полезен в любой ситуации, когда безопасность имеет первостепенное значение, поскольку он обеспечивает безусловную безопасность процесса обмена ключами», — сказал Марко Авесани из Университета Падуи в Италии, соавтор нового исследования вместе с Лукой Кальдераро и Джулио Фолетто. . «Его можно использовать, например, для шифрования и аутентификации медицинских данных, передаваемых между больницами, или денежных переводов между банками».

Исследователи продемонстрировали новую простую систему QKD по оптоволоконной сети в Падуе, Италия. На карте центра города [©2021 Google] видно, что передатчик был размещен в Центре ИКТ UniPD, а приемник - на математическом факультете. Передатчик и приемник были соединены 3,4 км развернутых волокон. Фото: QuantumFuture Group, Университет Падуи.

«Системы QKD обычно требуют сложной системы стабилизации и дополнительного специального оборудования для синхронизации», — сказал Авесани. «Мы разработали полноценную систему QKD, которую можно

напрямую сопряжен со стандартным телекоммуникационным оборудованием и не требует дополнительного оборудования для синхронизации. Система легко помещается в стойки, обычно встречающиеся в серверных комнатах».

Чтобы создать квантовые состояния, необходимые для ККД, исследователи разработали новый кодировщик для управления поляризацией одиночных фотонов. Кодировщик, который исследователи называют iPOGNAC, обеспечивает фиксированную и стабильную опорную поляризацию, не требующую частой повторной калибровки. Эта функция также полезна для квантовой связи в свободном пространстве и спутниковой связи, где повторную калибровку выполнить сложно.

«Благодаря разработанной нами технологии источник был готов создавать квантовые состояния, когда мы перевезли нашу систему из лаборатории в место полевых испытаний», — сказал Кальдераро. «Нам не пришлось выполнять медленную и часто подверженную сбоям процедуру выравнивания, необходимую для большинства систем QKD».

Весь передатчик для новой системы QKD помещается в 19-дюймовую стойку, которую обычно можно найти в серверных комнатах. Фото: Лука Кальдераро, Университет Падуи.

Исследователи также разработали новый алгоритм синхронизации, который они называют Qubit4Sync, для синхронизации компьютеров двух пользователей QKD. Вместо использования специального дополнительного оборудования и дополнительного частотного канала для синхронизации новая система использует программное обеспечение и те же оптические сигналы, которые используются для QKD. Это делает систему меньше, дешевле и проще интегрируется в существующую оптическую сеть.

Чтобы протестировать новую систему, исследователи разместили свои два терминала QKD в двух университетских зданиях, расположенных примерно в 3,4 км друг от друга в разных частях Падуи. Они подключили системы к двум подземным оптическим волокнам, которые являются частью университетской сети связи. Эти волокна поддерживали квантовый канал, по которому передаются кубиты, и классический канал, необходимый для передачи вспомогательной информации.

«Полевые испытания прошли успешно», — сказал Фолетто. «Мы показали, что наша простая система может создавать секретные ключи со скоростью килобит в секунду и что она работает за пределами лаборатории с минимальным вмешательством человека. Его также было легко и быстро установить».

В ходе публичной демонстрации исследователи использовали свою установку для организации квантово-защищенного видеозвонка между ректором Падуанского университета и директором математического факультета. Исследователи отмечают, что производительность системы сопоставима с другими коммерческими системами QKD с точки зрения скорости генерации секретных ключей, но при этом она имеет меньшее количество компонентов и ее легче интегрировать в существующую оптоволоконную сеть.