Onder veel steden bevinden zich complexe netwerken van optische vezels die gegevens vervoeren, gecodeerd in lichtpulsen, naar kantoren en woningen. Onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) en Singtel, Azië's toonaangevende communicatietechnologiegroep, hebben een techniek gedemonstreerd die paren lichtdeeltjes helpt soepel door deze netwerken te navigeren, een doorbraak die een sterkere cyberbeveiliging mogelijk maakt. De demonstratie vond plaats over 10 km glasvezelnetwerk van Singtel. Dit project, uitgevoerd in Singapore, wordt aangestuurd door het NUS-Singtel Cyber ​​Security Research &Development Laboratory, een publiek-private samenwerking ondersteund door de National Research Foundation, het kabinet van de premier, Singapore. Het steunt op de expertise van het Center for Quantum Technologies (CQT) van NUS.

Deze nieuwe aanpak ondersteunt de inzet van een technologie die bekend staat als Quantum Key Distribution (QKD). Verzonden via glasvezelnetwerken, het maakt gebruik van signalen die worden verzonden in lichtdeeltjes die bekend staan ​​​​als fotonen. Detectie van individuele fotonen creëert coderingssleutels voor veilige communicatie. Gegevens die met dergelijke sleutels zijn versleuteld, zijn bestand tegen alle computerhacks.

QKD-proeven worden wereldwijd uitgevoerd, omdat overheden en bedrijven de noodzaak erkennen om hun cyberbeveiliging te versterken. De QKD-proeven uitgevoerd door het NUS-Singtel-team gebruiken paren fotonen die verbonden zijn door de kwantumeigenschap van verstrengeling. De meeste QKD-schema's vereisen dat de afzender en ontvanger van een geheim bericht fotonen rechtstreeks uitwisselen of de bron van hun sleutels vertrouwen. Met deze alternatieve benadering het is mogelijk om de veiligheid te controleren van een sleutel die door een externe leverancier is verstrekt.

Het werkt als volgt:de leverancier zou een paar fotonen maken, splits ze dan op, elk een naar de twee partijen sturen die veilig willen communiceren. De verstrengeling betekent dat wanneer de partijen hun fotonen meten, ze krijgen overeenkomende resultaten, ofwel een 0 of 1. Als je dit voor veel fotonen doet, krijgt elke partij identieke patronen van nullen en enen, hen een sleutel te geven om een ​​bericht te vergrendelen en te ontgrendelen.

Typisch, elk foton komt een andere hindernisbaan tegen van gesplitste vezelsegmenten en aansluitdozen. Op hun paden, de fotonen ondergaan ook dispersie, waar ze zich effectief verspreiden. Dit beïnvloedt het vermogen van de operators om de fotonen te volgen.

De nieuwe truc, gepubliceerd op 4 april in het wetenschappelijke tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven , houdt de verstrengelde fotonen synchroon terwijl ze verschillende paden door het netwerk afleggen. Dit is belangrijk omdat ze worden geïdentificeerd door het verschil tussen hun aankomsttijden bij de detector. "Timinginformatie stelt ons in staat om paren detectiegebeurtenissen aan elkaar te koppelen. Door deze correlatie te behouden, kunnen we sneller encryptiesleutels maken, " zegt James Grieve, een onderzoeker in het team.

De techniek werkt door de fotonenbron zorgvuldig te ontwerpen om paren lichtdeeltjes te creëren met kleuren aan weerszijden van een bekend kenmerk van optische vezels, de 'zero-dispersion-golflengte'. Normaal gesproken, in optische vezels zou blauwer licht sneller aankomen dan roder licht, het spreiden van de aankomsttijden van de fotonen. Door rond het nul-dispersiepunt te werken, is het mogelijk om de snelheden door de tijd-energieverstrengeling van de fotonen te evenaren. Dan blijft de timing behouden.

Universitair hoofddocent Alexander Ling, een hoofdonderzoeker bij CQT, leidde dit werk voor het NUS-Singtel-lab. Hij zei, "Vóór deze resultaten, het was niet bekend of de multi-segment-aard van ingezet vezel zeer nauwkeurige dispersie-annulering mogelijk zou maken, omdat de segmenten over het algemeen geen identieke nul-dispersiegolflengten hebben."

Door te laten zien dat het kan werken, het team verhoogt de verwachtingen voor QKD boven commerciële glasvezel. De verstrengelde fotonen kunnen andere toepassingen vinden, te. Bijvoorbeeld, de fotonen in elk paar worden binnen femtoseconden van elkaar gemaakt. Hun gecoördineerde aankomsttijden kunnen klokken synchroniseren voor tijdkritische operaties zoals financiële handel.