Een team van onderzoekers van het Department of Energy's Oak Ridge en Los Alamos National Laboratories is een samenwerking aangegaan met EPB, een nutsbedrijf en telecommunicatiebedrijf in Chattanooga, om de effectiviteit aan te tonen van kwantumsleuteldistributie op metroschaal (QKD) als een middel voor veilige communicatie voor de elektriciteitsleveranciers van het land. Deze eerste mijlpaal maakt deel uit van het driejarige project van het team gericht op de volgende generatie netbeveiliging.

QKD maakt gebruik van de inherente willekeur van de kwantummechanica om gegevens te verifiëren en te versleutelen. De technologie stelt twee partijen in staat om een ​​geheime "sleutel" te delen en waarschuwt beide partijen voor elke inbraak door een derde partij. een kritieke beveiligingscapaciteit naarmate een groter deel van het netwerk van het land wordt gemoderniseerd en gegevens online worden verplaatst.

Het doel van deze eerste demonstratie, onder leiding van ORNL's Nick Peters en Phil Evans, Ray Newell en Glen Peterson van Los Alamos, en Tyler Morgan van EPB, Ken Jones, en Steve Morrison, was om de interoperabiliteit van ongelijksoortige QKD-systemen te bewijzen. ORNL senior wetenschapper Peters zei dat omdat nutsvoorzieningen grotendeels regionaal zijn, providers gebruiken een mix van componenten en hebben fluctuerende upgradeschema's. Ervoor zorgen dat verschillende nutsbedrijven synchroon kunnen werken over het elektriciteitsnet van het land, is van cruciaal belang om het potentieel van QKD op nationale schaal te realiseren.

Ter voorbereiding op de demonstratie, de ORNL-onderzoekers hebben een commercieel QKD-systeem aangepast, terwijl Los Alamos zijn eigen aangepaste systeem in eigen huis ontwikkelde; beide systemen genereerden afzonderlijke sleutels die, wanneer gekoppeld aan een "vertrouwd knooppunt, " of beveiligde informatie-uitwisseling, een derde sleutel gegenereerd, die vervolgens werd verdeeld tussen de Los Alamos- en ORNL-systemen.

"Deze demonstratie bracht twee dingen tot stand:het toonde aan dat verschillende systemen samen kunnen werken en het stelde de functionaliteit vast die nodig is om sleutels door te geven over grotere afstanden die vaak worden aangetroffen op het elektriciteitsnet, " zei Pieters, leider van ORNL's kwantumcommunicatieteam.

Ray Newell toegevoegd, Los Alamos-onderzoeker en leider van hun kwantumcommunicatieteam:"Recente demonstraties in Los Alamos hebben aangetoond dat QKD-systemen kunnen werken op bestaande elektrische infrastructuur in real-world omgevingen, ook tijdens een historische sneeuwval. Onze samenwerking met ORNL en EPB laat zien dat nutsbedrijven de voordelen van kwantumbeveiliging kunnen realiseren met behulp van een mix van verschillende maar interoperabele communicatiesystemen."

Zowel ORNL als Los Alamos hebben vele jaren gewijd aan de ontwikkeling van kwantumcommunicatiesystemen, en verschillende technologieën die door de laboratoria zijn ontwikkeld, zijn momenteel in licentie gegeven aan de industrie.

De demonstratie vond plaats bij EPB, die, volgens ORNL's Evans, is een ideale partner omdat het nutsbedrijf samen met zijn elektriciteitsdistributie-infrastructuur een glasvezelnetwerk heeft aangelegd. Daarnaast, "ze zijn met ons betrokken bij meerdere projecten om technologieën van de volgende generatie mogelijk te maken om de infrastructuur van ons land te beveiligen, " hij voegde toe.

"Voor EPB, samenwerking met Oak Ridge en Los Alamos National Laboratories is een kans om nieuwe technologieën en best practices in de praktijk te testen om de veiligheid en betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet voor iedereen in Amerika te behouden, " zei Steve Morrison, EPB's directeur informatiebeveiliging. "We zijn vereerd om ons steentje bij te dragen aan de voortgang van deze belangrijke inspanning."

Ondanks het succes van de demo, echter, er is nog werk aan de winkel. Volgende, de onderzoekers zullen werken aan het overwinnen van de beruchte afstandsbeperkingen van QKD.

Net zoals elektrische weerstand de hoeveelheid elektriciteit die wordt overgedragen, vermindert naarmate de afstand over traditionele hoogspanningslijnen toeneemt, het vergroten van de afstand van glasvezeltransmissies vermindert de doorvoer van kwantumcommunicatie. Voor het elektriciteitsnet van het land, het vergroten van de afstanden waarover deze QKD-systemen effectief kunnen worden gebruikt, is van cruciaal belang, en daarvoor zullen de onderzoekers opnieuw vertrouwen op vertrouwde knooppunten, in dit geval de elektrische onderstations van EPB.

Het uiteindelijke doel is om QKD-systemen in tal van onderstations te implementeren, die met tussenpozen worden geplaatst en in staat zijn om de kwantumsleutels door te geven. ORNL's Evans vergeleek het met een estafetteloop, waarbij de ene loper het stokje doorgeeft aan de andere, waarbij elke loper het stokje een bepaalde pauze draagt. Door bij elk onderstation het stokje door te geven voordat het signaal wegvalt, het signaal wordt ververst voor de volgende reis enzovoort, mogelijk het bereik van QKD-technologie aanzienlijk uitbreiden.