Onderzoekers van de Universiteit van Sheffield hebben een sleutelpuzzel in de kwantumfysica opgelost die zou kunnen helpen om gegevensoverdracht volledig veilig te maken.

Het team heeft een manier ontwikkeld om zeer snelle lichtpulsen van één foton te genereren. Elk foton, of lichtdeeltje, vertegenwoordigt een stukje binaire code - de fundamentele taal van computers. Deze fotonen kunnen niet worden onderschept zonder ze te storen op een manier die de afzender zou waarschuwen dat er iets mis was.

Het overdragen van gegevens met behulp van licht dat langs glasvezelkabels wordt doorgegeven, is de afgelopen decennia steeds gebruikelijker geworden, maar elke puls bevat momenteel miljoenen fotonen. Dat betekent dat, in principe, een deel hiervan zou zonder detectie kunnen worden onderschept.

Veilige gegevens zijn al versleuteld, maar als een 'afluisteraar' de signalen met details van de code kon onderscheppen, dan konden ze - in theorie - de rest van het bericht openen en decoderen.

Enkele fotonpulsen bieden totale veiligheid, omdat afluisteren onmiddellijk wordt gedetecteerd, maar wetenschappers hebben geworsteld om ze snel genoeg te produceren om gegevens met voldoende snelheden te vervoeren om grote hoeveelheden gegevens over te dragen.

In een nieuwe studie, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , het team van Sheffield heeft een fenomeen gebruikt dat het Purcell-effect wordt genoemd om de fotonen zeer snel te produceren. Een nanokristal dat een kwantumpunt wordt genoemd, wordt in een holte in een groter kristal geplaatst - de halfgeleiderchip. De stip wordt vervolgens gebombardeerd met licht van een laser waardoor deze energie absorbeert. Deze energie wordt vervolgens uitgezonden in de vorm van een foton.

Door het nanokristal in een zeer kleine holte te plaatsen, stuitert het laserlicht rond in de muren. Dit versnelt de fotonenproductie door het Purcell-effect. Een probleem is dat de fotonen die data-informatie dragen gemakkelijk verward kunnen worden met het laserlicht. De Sheffield-onderzoekers hebben dit overwonnen door de fotonen weg te leiden van de holte en in de chip om de twee verschillende soorten puls te scheiden.

Op deze manier, het team is erin geslaagd de fotonenemissie ongeveer 50 keer sneller te laten verlopen dan mogelijk zou zijn zonder het Purcell-effect. Hoewel dit niet de snelste fotonlichtpuls is die tot nu toe is ontwikkeld, het heeft een cruciaal voordeel omdat de geproduceerde fotonen allemaal identiek zijn - een essentiële kwaliteit voor veel kwantumcomputertoepassingen.

Mark Vos, Hoogleraar optische fysica aan de Universiteit van Sheffield, legt uit:"Door fotonen te gebruiken om gegevens te verzenden, kunnen we de fundamentele wetten van de fysica gebruiken om de veiligheid te garanderen. Het is onmogelijk om het deeltje op enigerlei wijze te meten of te 'lezen' zonder de eigenschappen ervan te veranderen. alarm."

Hij voegde eraan toe:"Onze methode lost ook een probleem op dat wetenschappers al ongeveer 20 jaar in verwarring brengt - hoe dit Purcell-effect te gebruiken om de fotonenproductie op een efficiënte manier te versnellen.

"Deze technologie zou kunnen worden gebruikt binnen veilige glasvezeltelecomsystemen, hoewel het in eerste instantie het nuttigst zou zijn in omgevingen waar veiligheid van het grootste belang is, inclusief regeringen en hoofdkwartieren voor de nationale veiligheid."