Aktualności

Atakom hakerów pada wszystko, począwszy od kont w mediach społecznościowych, na plikach rządowych kończąc. Tym incydentom można by w dużej mierze zapobiec poprzez zastosowanie komunikacji kwantowej, która wykorzystywałaby cząsteczki światła zwane „fotonami” do zabezpieczania informacji, zamiast dotychczas stosowanego kodu, który można złamać.

Problem polega na tym, że komunikacja kwantowa jest obecnie ograniczona ilością informacji, jaką pojedyncze fotony mogą bezpiecznie przenosić. Jest to tak zwane „secret bit rate”. Naukowcy z Uniwersytetu Purdue stworzyli nową technologię, która pozwala na 100-krotne zwiększenie szybkości transmisji, do ponad 35 milionów fotonów na sekundę.

„Zwiększenie szybkości transmisji bitów pozwala nam używać pojedynczych fotonów do wysyłania nie jednego zdania na sekundę, a stosunkowo dużego fragmentu informacji w ekstremalnie bezpiecznych warunkach, jak plik w rozmiarze megabajta”, powiedział Simeon Bogdanov, doktor habilitowany Purdue w dziedzinie inżynierii elektrycznej i komputerowej.

Ostatecznie, wysoka przepływność bitowa umożliwi stworzenie ultra-pewnego „kwantowego internetu”, sieci kanałów zwanych „falowodami”, które będą przesyłać pojedyncze fotony pomiędzy urządzeniami, układami scalonymi, ośrodkami lub stronami zdolnymi do przetwarzania informacji kwantowej.

„Bez względu na to, jak bardzo zaawansowany pod względem obliczeniowym jest haker, ingerowanie w te kwantowe kanały komunikacyjne bez wykrycia byłoby w praktyce niemożliwe, z powodu praw fizyki , ponieważ na poziomie kwantowym światło i materia są wyczulone na zakłócenia” – powiedział Bogdanov.

Praca została po raz pierwszy opublikowana online w lipcu w celu umieszczenia jej w wydaniu drukowanym Nano Letters 8 sierpnia 2018 roku.

Wykorzystanie światła do wysyłania informacji jest grą prawdopodobieństwa: przesyłanie jednego bitu informacji może wymagać wielu prób. Im więcej fotonów źródło światła może wygenerować na sekundę, tym szybciej następuje skuteczna transmisja informacji.

„Źródło może generować dużo fotonów na sekundę, ale tylko kilka z nich może być faktycznie wykorzystane do przesyłania informacji, co silnie ogranicza szybkość komunikacji kwantowej” – powiedział Bogdanov.

Dla szybszej komunikacji kwantowej, naukowcy Purdue zmodyfikowali sposób, w jaki impuls świetlny z wiązki laserowej wzbudza elektrony w sztucznym „defekcie” lub miejscowym zaburzeniu siatki krystalicznej, a następnie sposób, w jaki defekt ten emituje jeden foton na raz.

Naukowcy przyspieszyli te procesy, tworząc nowe źródło światła, które zawiera maleńki diament o wielkości zaledwie 10 nanometrów, umieszczony pomiędzy kostką srebra a srebrną folią. W obrębie nanodiamentu zidentyfikowali oni pojedynczą wadę wynikającą z zastąpienia jednego atomu węgla azotem i pustki pozostawionej przez brakujący sąsiadujący atom węgla.

Azot i brakujący atom razem utworzyły tak zwane „centrum azotu-wakancji” w diamencie z elektronami orbitującymi wokół niego.

Metalowa antena sprzężona z tym defektem ułatwiła interakcję fotonów z orbitującymi elektronami centrum azotu-wakancji, poprzez hybrydowe cząstki światła-materii zwane „plazmonami”. Dzięki centralnemu absorbowaniu i emitowaniu jednego plazmonu na raz, oraz zastosowaniu nanoantenny przekształcającej plazmony w fotony, tempo generowania fotonów do komunikacji kwantowej stało się o wiele szybsze.

„Pokazaliśmy najjaśniejsze źródło pojedynczego fotonu w temperaturze pokojowej. Zwykle źródła o porównywalnej jasności działały tylko w bardzo niskich temperaturach, co jest niepraktyczne przy zastosowaniu ich w mikroprocesorach komputerowych, których używalibyśmy w temperaturze pokojowej” – powiedział Vlad Shalaev, the Bob and Anne Burnett Wybitny profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej.

W następnej kolejności naukowcy będą dostosowywać ten system do układów on-chip. Oznaczałoby to połączenie anteny plazmonowej z falowodami. Fotony mogły być kierowane do różnych części układu scalonego, a nie rozchodzić się we wszystkich kierunkach.

Źródło artykułu: https://nano-magazine.com/news/2018/10/16/researchers-move-closer-toward-unhackable-communication?fbclid=IwAR0M0R7nuP1KaUHBEnZaftAoVjuf57AkDrt-QLIOFwja5DR8ybww1eXxBO4

Redaktor: Filip Elgert