Optische communicatie in vrije ruimte, de communicatie tussen twee apparaten op afstand met behulp van licht om informatie te dragen, is een veelbelovend systeem voor het bereiken van snelle communicatie. Van dit communicatiesysteem is bekend dat het immuun is voor elektromagnetische interferentie (EMI), een storing veroorzaakt door externe bronnen die elektrische circuits beïnvloedt en radiosignalen kan verstoren.

Hoewel sommige onderzoeken de mogelijke voordelen van optische communicatie in de vrije ruimte hebben benadrukt, dit communicatiesysteem heeft tot nu toe bepaalde beperkingen gehad. Met name, het is bekend dat het een beperkte beveiliging biedt tegen afluisteraars. Onderzoekers van Télécom Paris (lid van Institut Polytechnique de Paris), mirSense, Technische Universität Darmstadt en University of California Los Angeles (UCLA) hebben onlangs een uniek systeem geïntroduceerd voor veiligere optische communicatie in de vrije ruimte op basis van een technologie die bekend staat als kwantumcascadelaser, een specifiek type halfgeleiderlaser dat typisch midden-infrarood licht uitzendt.

"Het kernidee achter ons onderzoek is dat privécommunicatie in de vrije ruimte met kwantumsleuteldistributie (d.w.z. gebaseerd op kwantumfysische eigenschappen) is veelbelovend, maar het is waarschijnlijk nog jaren weg, of nog verder, "Olivier Spitz, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Momenteel, de belangrijkste beperkingen van deze technologie zijn de vereisten voor cryogene systemen, zeer trage datasnelheden en dure apparatuur."

In hun krant te zien in Natuurcommunicatie , Spitz en zijn collega's stellen een alternatief voor voor eerder voorgestelde systemen voor het bereiken van privécommunicatie in de vrije ruimte, die een cryptografisch protocol implementeren op basis van de wetten van de kwantummechanica. Het nieuwe systeem dat ze bedachten is gebaseerd op het gebruik van twee unidirectioneel gekoppelde kwantumcascadelasers.

De aanpak van de onderzoekers combineert wat bekend staat als chaossynchronisatie met de midden-infrarode golflengte van kwantumcascadelasertechnologie. Chaossynchronisatie is een specifieke eigenschap die al tientallen jaren wordt onderzocht in de context van halfgeleiderlasers.

"Chaossynchronisatie is de sleutel tot privécommunicatie, terwijl mid-infrarode golflengte betekent dat de verzwakking van de atmosfeer laag is in vergelijking met nabij-infrarode golflengte, waar de meeste halfgeleiderlasers uitzenden, " legde Spitz uit. "We kunnen ons dus een transmissie voorstellen met een zeer groot bereik en met immuniteit voor de atmosferische omstandigheden. Bovendien, de midden-infrarode golflengte impliceert stealth, aangezien de achtergrondstraling zich in hetzelfde golflengtedomein bevindt."

De mid-infrarode golflengte van de kwantumcascadelasers maakt het nog moeilijker voor een potentiële afluisteraar om informatie te ontcijferen die wordt uitgewisseld met behulp van het systeem van de onderzoekers. Dit betekent dat de beveiliging van communicatie verder wordt vergroot.

"Ik denk dat de meest opvallende prestatie de succesvolle chaossynchronisatie tussen twee QCL's is, "Zei Spitz. "Lange tijd, de mogelijkheid om tijdelijke chaos te genereren in dit soort structuren was controversieel omdat ze afhankelijk zijn van een andere technologie, in vergelijking met de meeste halfgeleiderlasers, wat over het algemeen QCL's stabieler maakt, dus niet echt vatbaar voor chaos. Een paar jaar geleden, we hebben experimenteel aangetoond dat QCL's tijdelijke chaos kunnen veroorzaken, en we gingen nu nog een stap verder door privécommunicatie te realiseren op basis van chaossynchronisatie."

Tot dusver, de onderzoekers beschreven slechts een proof of concept van hun voorgestelde systeem, waar de afstand tussen de twee kwantumcascadelasers slechts één meter is. Dit is geen realistische configuratie voor communicatie in de vrije ruimte. Echter, ze hopen hun systeem te verbeteren, om het geschikter te maken voor real-world implementaties.

"We zijn van plan om deze afstand te vergroten tot honderden meters, dan kilometers, om een ​​operationeel systeem te bouwen, "Zei Spitz. "Afgezien van kwantumcascadelasers, er zijn andere mid-infrarood halfgeleiderlasers, zoals interband-cascadelasers (ICL's). We zijn van plan hetzelfde experiment te herhalen met ICL's, om de beste configuratie voor privécommunicatie op mid-infrarode golflengte te bepalen."

© 2021 Science X Network