Nuevos dispositivos de fibra A ll D P romote G lobal Q uantum E ncryption N etwork C onstruction
La distribución de claves cuánticas no se basa en las matemáticas, sino que utiliza propiedades cuánticas de la luz, como la polarización, la decodificación y la transmisión de claves aleatorias que descifran los datos codificados. Este método es especialmente seguro porque se detectan intrusiones de terceros.
Investigadores de la Universidad de Padova en Italia informaron en la revista Optics Letters de la Optical Society of America (OSA) que sus dispositivos de fibra total tienen más de mil millones de polarizaciones por segundo de luz conmutable. El dispositivo también es autocompensador y no es sensible a la temperatura ni a otros cambios ambientales.
En el grupo de investigación QuantumFuture, Giuseppe Vallone, quien dirigió la investigación con el coautor Paolo Villoresi, dijo: "Se espera que la distribución de claves cuánticas tenga un profundo impacto en la privacidad y seguridad de los ciudadanos. Nuestro esquema simplifica la distribución de claves cuántica utilizada en la comunicación en el espacio libre. Por ejemplo, la comunicación vía satélite a tierra o entre terminales móviles. La realización de redes cuánticas globales requiere una comunicación en el espacio libre ".
Tecnología
Debido a que las claves cuánticas no funcionan bien en redes de fibra óptica de larga distancia, es extremadamente urgente desarrollar una red de comunicación cuántica basada en satélites que conecte diferentes redes cifradas cuánticas basadas en tierra en todo el mundo.
Aunque las diversas características de la luz se pueden usar para crear los estados cuánticos requeridos para el cifrado cuántico, la polarización es particularmente adecuada para el enlace en el espacio libre porque no está afectada por la atmósfera y se decodifica en el receptor sin la necesidad de recopilar datos. Ir a la fibra monomodo (esta es una tarea desafiante).
Vallone dijo: "Nuestro objetivo es desarrollar un esquema de cifrado cuántico que pueda usarse entre satélites y tierra. Las claves se generan en órbita. Sin embargo, los decodificadores de polarización actuales no son adecuados para su uso en el espacio porque son inestables y costosos. Y complejos Incluso muestran vulnerabilidades de los canales laterales que pueden debilitar la seguridad del protocolo ".
Los investigadores dicen que el nuevo codificador de polarización es "POGNAC" y POGNAC es una combinación de polarización y SaGNAC. Con la ayuda de un interferómetro Sagnac en forma de anillo de fibra óptica, este codificador de polarización puede girar rápidamente la polarización del láser incidente. El dispositivo divide el haz en dos, y la polarización de los dos haces es perpendicular entre sí. Las dos vigas luego pasan a través del bucle de fibra en sentido horario y antihorario, respectivamente. Los componentes actuales se pueden colocar en un paquete de 15 x 5 x 5 cm, y si los componentes incluidos son más pequeños, el paquete se puede miniaturizar aún más.
En el bucle de fibra óptica, los investigadores utilizaron moduladores electro-ópticos disponibles en el mercado para cambiar la polarización y crear el estado cuántico requerido para la distribución de claves cuánticas. Debido a que los rayos en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj llegan al modulador en diferentes momentos, se modulan de forma independiente entre sí.
El modulador utiliza una tensión aplicada para cambiar la fase óptica. Sin embargo, el valor absoluto del cambio de fase depende de una serie de parámetros que varían con el tiempo. Vallone dijo: "En POGNAC, solo el desplazamiento relativo entre dos luces polarizadas es significativo. Este desplazamiento relativo corresponde al cambio en la polarización de salida. Al mismo tiempo, el desplazamiento causado por los cambios de temperatura y otros factores se autocorrige. hace que POGNAC sea muy estable y elimina la desviación de polarización que afecta a otros dispositivos ".
Valor
Los investigadores probaron sus nuevos dispositivos midiendo la polarización de los estados cuánticos producidos por POGNAC y comparándolos con los valores esperados. Midieron una tasa de error cuántico (QBER) de culpa tan baja como 0.2%, mucho más baja que la tasa de error cuántico de 1% a 2% de un sistema típico de distribución de clave cuántica.
"Nuestros resultados muestran que los datos se pueden codificar de una manera simple y eficiente utilizando la polarización de la luz", dijo Vallone. "Podemos hacer esto solo con componentes disponibles comercialmente".
Los investigadores están mejorando continuamente sus métodos y planean realizar pruebas adicionales para observar cómo se comporta POGNAC cuando se codifican claves cuánticas para el cifrado.