Kwantowe bezpieczeństwo w transmisji danych

Kwantowe bezpieczeństwo w transmisji danych

Toshiba Research Europe ogłosiło, że rozwinęło dwie nowe technologie realizujące „bezwarunkowe bezpieczeństwo” przekazywania klucza kwantowego od nadawcy do odbiorcy (QKD) poprzez likwidację potencjalnej dziury w zabezpieczeniach.

Przekazywanie klucza kwantowego zapewnia absolutne bezpieczeństwo podczas transmisji tajnych kluczy pomiędzy dwiema częściami sieci z włókien optycznych. Jednakże dotychczas stworzone systemy QKD obarczone są pewną słabością, która czyni je podatnymi na złamanie. Otóż dioda laserowa używana do wygenerowania pojedynczego fotonu, który niesie klucz kwantowy, czasem generuje impulsy o wielu fotonach.
W rezultacie, szpieg może wyabstrahować jeden z tych dodatkowych fotonów i zmierzyć go, pozostawiając równocześnie pozostałe fotony niezakłóconymi, pozostając tym samym w ukryciu. Co więcej, szpieg mógłby wpływać na cały klucz blokując pojedyncze fotony, a przepuszczając jedynie te wielofotonowe impulsy.

Obecnie odkryto dwa rozwiązania tego problemu, z których pierwsze już zostało zastosowane przez Toshiba w systemie QKD.

Polega ona na tym, że pojedynczy foton jest „wzbogacany” o przypadkową liczbę „fałszywych impulsów”. Te fałszywe impulsy są słabsze i bardzo rzadko zawierają dwa lub więcej fotonów. A zatem jeżeli szpieg podejmie próbę przechwycenia sygnału, przekaże niższą część „fałszywych impulsów”, a nie tego właściwego. Tymczasem monitorowanie transmisji zarówno fałszywych impulsów jak i tych właściwych pozwoli wykryć próbę włamania.

Dzięki fałszywym, silniejsze impulsy laserowe mogą być używane bezpiecznie, co pozwoli zwiększyć prędkość, z jaką przesyłane są klucze. Toshiba zademonstrowała 100-krotne zwiększenie prędkości transmisji klucza, co pozwoliłoby na transmisję 25 kilometrowym włóknem ze średnią prędkością 5,5 kilobitów na sekundę.

Druga metoda bazuje na nanotechnologii i pozwoli osiągnąć jeszcze większe prędkości transmisji. Toshiba skonstruowała pierwszą półprzewodnikową diodę, która może być sterowana przez elektryczny sygnał wejściowy i zdolna jest emitować jedynie pojedyncze fotony o długości fal zgodnych z włóknami optycznymi. Ta metoda „źródła pojedynczego fotonu” pozawala wyeliminować problem impulsów wielofotonowych. Została ona opracowana przy współpracy z University of Cambridge oraz Imperial College Londyn.

(lk)