جديد D l -fibre D evices P romote G lobal Q uantum E ncryption N etwork C onstruction
لا يعتمد توزيع المفاتيح الكمومية على الرياضيات ، ولكنه يستخدم خصائص الضوء الكمومية مثل الاستقطاب وفك التشفير ونقل المفاتيح العشوائية التي تقوم بفك تشفير البيانات المشفرة. هذه الطريقة آمنة بشكل خاص بسبب اكتشاف أي تدخلات من طرف ثالث.
أفاد باحثون من جامعة بادوفا بإيطاليا في مجلة Optics Letters الصادرة عن جمعية البصريات الأمريكية (OSA) أن أجهزتهم ذات الألياف الضوئية تحتوي على أكثر من مليار استقطاب في الثانية من الضوء القابل للتحويل. يعد الجهاز أيضًا بمثابة تعويض ذاتي وغير حساس لدرجات الحرارة والتغيرات البيئية الأخرى.
في مجموعة أبحاث QuantumFuture ، قال جوزيبي فالوني ، الذي قاد البحث مع المؤلف المشارك Paolo Villoresi ،: "من المتوقع أن يكون لتوزيع مفتاح Quantum تأثير عميق على خصوصية المواطنين وأمنهم. مخططنا يبسط عملية توزيع المفاتيح الكمية المستخدمة في الاتصالات في الفضاء الحر. على سبيل المثال ، الاتصالات الساتلية أو الأرضية بين المطاريف المتنقلة. يتطلب تحقيق الشبكات الكمومية العالمية اتصالات في الفضاء الحر. "
تقنية
نظرًا لأن مفاتيح الكم لا تعمل بشكل جيد عبر شبكات الألياف البصرية ذات المسافات الطويلة ، فمن الضروري للغاية تطوير شبكة اتصالات كمومية قائمة على الأقمار الصناعية تربط مختلف شبكات التشفير الكمي القائمة على الأرض حول العالم.
على الرغم من أن الخصائص المختلفة للضوء يمكن استخدامها لإنشاء الحالات الكمية المطلوبة لتشفير الكم ، فإن الاستقطاب مناسب بشكل خاص للربط في الفضاء الحر لأنه لا يتأثر بالجو ويتم فك تشفيره في جهاز الاستقبال دون الحاجة إلى جمع البيانات. الانتقال إلى الألياف أحادية الوضع (هذه مهمة صعبة).
وقال فالون: "هدفنا هو تطوير مخطط تشفير كمي يمكن استخدامه بين الأقمار الصناعية والأرض. يتم إنشاء المفاتيح في المدار. ومع ذلك ، فإن وحدات فك ترميز الاستقطاب الحالية ليست مناسبة للاستخدام في الفضاء لأنها غير مستقرة ومكلفة. ومعقدة حتى أنها تظهر نقاط ضعف القناة الجانبية التي يمكن أن تضعف أمان البروتوكول. "
يقول الباحثون إن تشفير الاستقطاب الجديد هو "POGNAC" و POGNAC هو مزيج من POlarization و SaGNAC. بمساعدة مقياس تداخل Sagnac على شكل حلقة من الألياف البصرية ، يمكن لجهاز التشفير الاستقطاب أن يدور بسرعة استقطاب ليزر الحادث. يقسم الجهاز الحزمة إلى قسمين ، ويكون استقطاب الشعاعين عموديًا على بعضهما البعض. تمر الحزمان بعد ذلك عبر حلقة الألياف في اتجاه عقارب الساعة واتجاه عقارب الساعة ، على التوالي. يمكن وضع المكونات الحالية في عبوة 15 × 5 × 5 سم ، وإذا كانت المكونات المدرجة أصغر ، يمكن تصغير العبوة بشكل أكبر.
في حلقة الألياف الضوئية ، استخدم الباحثون معدِّلات ضوئية كهربائية متوفرة تجارياً لتغيير الاستقطاب وخلق حالة الكم المطلوبة لتوزيع مفتاح الكم. لأن أشعة عقارب الساعة وعكس عقارب الساعة تصل إلى المغير في أوقات مختلفة ، يتم تشكيلها بشكل مستقل عن بعضها البعض.
يستخدم المغير الجهد المطبق لتغيير الطور البصري. ومع ذلك ، فإن القيمة المطلقة لتحول الطور تعتمد على عدد من المعلمات التي تختلف مع مرور الوقت. قال فالون: "في POGNAC ، يكون الإزاحة النسبية فقط بين مصباحين مستقطبين ذات مغزى. هذا الإزاحة النسبية يتوافق مع التغير في استقطاب المخرجات. يجعل POGNAC مستقرًا جدًا ويزيل انجراف الاستقطاب الذي يؤثر على الأجهزة الأخرى. "
القيمة
اختبر الباحثون أجهزتهم الجديدة عن طريق قياس استقطاب الحالات الكمية التي تنتجها POGNAC ومقارنتها بالقيم المتوقعة. لقد قاموا بقياس معدل الخطأ الكمومي (QBER) للذنب الذي يصل إلى 0.2٪ ، أي أقل بكثير من معدل الخطأ الكمومي من 1٪ إلى 2٪ من نظام توزيع مفتاح الكم العادي.
"تظهر نتائجنا أنه يمكن تشفير البيانات بطريقة بسيطة وفعالة باستخدام استقطاب الضوء" ، قال فالون. "يمكننا القيام بذلك مع المكونات المتاحة تجارياً فقط."
يعمل الباحثون باستمرار على تحسين طرقهم ويخططون لإجراء مزيد من الاختبارات لمراقبة كيفية سلوك POGNAC عند تشفير مفاتيح الكم للتشفير.