Spaanse onderzoekers hebben een kwantumcryptografienetwerk ontwikkeld dat is geïntegreerd in een commercieel optisch netwerk door middel van technologieën op basis van softwaregedefinieerde netwerken (SDN), waardoor de implementatie van kwantum- en klassieke netwerkdiensten op een flexibele, dynamische en schaalbare manier.

Het netwerk maakt gebruik van een glasvezelinfrastructuur die wordt geleverd door Telefonica Spanje en die drie faciliteiten in het grootstedelijk gebied van Madrid met elkaar verbindt. Het proces loopt sinds mei vorig jaar, en een voorlopig rapport werd onlangs gepresenteerd op QCRYPT2018, de grootste conferentie in het veld.

Het netwerk integreert Quantum Key Distribution (QKD)-apparaten die zijn ontwikkeld door het Huawei Research Lab in München. Door alle technologische elementen te integreren, kon worden aangetoond dat QKD-technieken kunnen worden toegepast in een echte productieomgeving, het combineren van de overdracht van gegevens en kwantumsleutels over dezelfde vezel.

Het beheer van de kwantum- en klassieke kanalen gebeurt op een geïntegreerde manier door middel van SDN-technieken, het optische netwerk optimaal delen. Het feit dat dit is ontwikkeld op een bestaande infrastructuur met behulp van standaard communicatiesystemen, benadrukt de volwassenheid van deze technologie, waarmee kan worden geschakeld tussen verbindingen die punten verbinden die tot 60 kilometer van elkaar verwijderd kunnen zijn.

Twintig kanalen kunnen dezelfde vezel delen in dezelfde optische band die het kwantumkanaal gebruikt, waardoor de gelijktijdige overdracht van kwantumsignalen met meer dan twee terabytes per seconde aan gegevens in metropolitaanse netwerken mogelijk is bij gebruik van standaardmodules van 100 gigabyte per seconde.

Een geavanceerde beveiligingskwantumoplossing

Veilige communicatie is gebaseerd op cryptografie, waarin informatie wordt versleuteld met een geheime sleutel. Alleen de gebruikers die de decoderingssleutel kennen, hebben toegang tot de geheime berichten. De cryptografische technieken die momenteel worden gebruikt om sleutels uit te wisselen of documenten elektronisch te ondertekenen, zijn gebaseerd op wiskundige problemen die veel tijd nodig hebben om op te lossen, inbraken verbieden. Echter, naarmate de rekencapaciteit toeneemt, de tijd tot oplossing wordt verminderd, samen met de beveiliging van deze methoden.

Om dit probleem te voorkomen, de grootte van de toetsen moest toenemen naarmate de rekencapaciteit groeide. Deze technieken kunnen volledig achterhaald worden met de opkomst van kwantumcomputers die momenteel hardnekkige problemen kunnen oplossen met behulp van de principes van de kwantummechanica. Deze omvatten het breken van de sleutels die zijn gegenereerd door de meest gebruikte cryptografische methoden, waardoor het grootste deel van de communicatiebeveiligingsinfrastructuur onbruikbaar wordt.

Hoe dan ook, quantumtechnologieën bieden een oplossing voor de kwetsbaarheid van huidige methoden. Met deze technologieën, het is mogelijk om kwantumprincipes toe te passen om een ​​geheime sleutel te genereren via een openbaar communicatiekanaal, zodat de sleutel beveiligd is tegen elke aanval, waaronder een van een kwantumcomputer. Quantumtechnologie maakt het zelfs mogelijk om elke aanvalspoging onmiddellijk te detecteren.

Kwantumtechnologieën

Quantum key-distributie is een van deze technologieën. Het lost niet alleen het probleem op van de bedreiging die kwantumberekening vormt voor algoritmen voor het genereren van cryptografische sleutels die al in gebruik zijn, het kan ook een veel hoger beveiligingsniveau bieden. QKD vereist een fysieke infrastructuur van optische vezels, zoals die van Telefónica Spanje die werd gebruikt om de communicatiecentra in het proefprogramma met elkaar te verbinden.

Tot nu, de levensvatbaarheid van QKD is aangetoond in laboratoria en in gecontroleerde veldproeven, maar er zijn altijd problemen geweest met de mogelijkheid om het op een commerciële infrastructuur in te zetten en te integreren met de operationele mechanismen van een dergelijke infrastructuur. Deze ervaring toont aan dat het mogelijk is om die obstakels te overwinnen.

In het netwerk, er is ook een nieuwe kwantumtechnologie gebruikt voor de distributie van kwantumsleutels op basis van "continue variabelen" QKD (CV-QKD) die beter compatibel is met klassieke technologieën dan bestaande. De combinatie van deze technologieën heeft een volledig geïntegreerd netwerk van klassieke en kwantumcommunicatie mogelijk gemaakt.

De implementatie over een bestaande communicatie-infrastructuur en het gebruik van standaard telecommunicatiesystemen die in deze proef is bereikt, is de eerste in zijn soort, het aantonen van de capaciteit van deze technologie voor gebruik in de echte wereld.