Quantum-encryptie met behulp van enkele fotonen is een veelbelovende techniek om de veiligheid van communicatiesystemen en datanetwerken te vergroten, maar er zijn uitdagingen bij het toepassen van de methode over grote afstanden vanwege transmissieverliezen. Het gebruik van conventionele optische versterking helpt niet, omdat dit de kwantumverbinding tussen zender en ontvanger verstoort. maar natuurkundigen in Europa hebben een oplossing gevonden - aangekondigde fotonenversterking - en hebben deze op de proef gesteld.

Het team, waaronder onderzoekers van de Universiteit van Genève en de Technische Universiteit Delft, heeft de techniek gedemonstreerd over een gesimuleerde afstand van 50 km, rapportage van de resultaten in het tijdschrift Kwantumwetenschap en technologie . Het werk is gepubliceerd als onderdeel van een focusnummer over het thema kwantumcryptografie en kwantumnetwerken.

"In klassieke communicatie, versterkers worden gebruikt om het signaal te regenereren. Echter, in het kwantumregime voegt dit teveel ruis toe en vernietigt het de samenhang van de kwantumtoestanden, " legde Robert Thew uit, die mede-leider is van de Quantum Technologies Group aan de Universiteit van Genève. "Bij onze experimenten we overwinnen deze beperking door gebruik te maken van een op teleportatie gebaseerde benadering, die kan worden gezien als een verliesloos kanaal."

Vandaag, wanneer we gevoelige informatie via internet verzenden, we vertrouwen op moeilijk op te lossen wiskundige uitdrukkingen om onze gegevens te beschermen tegen afluisteraars. Echter, deze benadering is in de toekomst kwetsbaar voor aanvallen naarmate computers beter in staat zijn om antwoorden op deze numerieke problemen te vinden.

Om het probleem te omzeilen, natuurkundigen zijn druk bezig geweest met het ontwikkelen van alternatieve schema's voor het genereren van veilige sleutels, niet gebaseerd op wiskundige uitdrukkingen, maar op het kwantumgedrag van afzonderlijke lichtdeeltjes - fotonen. Bovendien, niet alleen zijn deze technieken onmogelijk te kraken met conventionele middelen, ze waarschuwen ook voor afluisteren. Dit zijn zogenaamde kwantumsleutels.

Zoals de onderzoekers benadrukken, een van de belangrijkste toepassingen van aangekondigde fotonenversterking is voor zogenaamde apparaatonafhankelijke kwantumsleuteldistributie - een benadering die is gericht op het certificeren van de veiligheid van een verbinding met minimale aannames over het systeem zelf en de technologie die wordt geëxploiteerd.

De kern van de aanpak is het conceptueel eenvoudige idee om een ​​enkel foton op een 50/50 bundelsplitser te sturen om verstrengeling te genereren. Door het proces achtereenvolgens te herhalen en de output van enkele fotondetectoren te monitoren, worden de bouwstenen geleverd voor het bestuderen van kwantumcommunicatieprotocollen.

Door hier een stap verder in te gaan, het is mogelijk om de verstrengeling over twee locaties te verdelen, het genereren van een unieke sleutel voor het versleutelen van gegevensoverdracht.

"Het enkele foton, of pad verstrikt, schema dat we gebruiken is ook nauw verbonden met kwantumrepeaters in termen van hoe verstrengeling wordt gedistribueerd in deze langeafstands- en volledig-kwantumnetwerkoplossingen, " merkte Thew op. "Onze volgende stap is het ontwikkelen van compacte en efficiëntere aangekondigde fotonbronnen die gemakkelijker kunnen worden ingezet, waardoor we dit soort experimenten in echte netwerken kunnen pushen."