Была разработана новая система связи для обмена симметричными ключами между сторонами с целью шифрования сообщений таким образом, чтобы они не могли быть прочитаны третьими сторонами. В сотрудничестве с Deutsche Telekom исследователям во главе с профессором физики Томасом Вальтером удалось создать квантовую сеть, масштабируемую с точки зрения количества пользователей и в то же время надежную, без необходимости в надежных узлах. В будущем такие системы могли бы защитить критически важную инфраструктуру от растущей опасности кибератак. Кроме того, между различными правительственными объектами в крупных городах можно было бы установить защищенные от прослушивания соединения. Система, разработанная исследователями из Дармштадта, позволяет осуществлять квантовый обмен ключами, предоставляя нескольким участникам звездообразной сети общее случайное число. Отдельные кванты света, так называемые фотоны, распределяются среди пользователей в сети связи для вычисления случайного числа и, следовательно, цифрового ключа. Благодаря квантовым физическим эффектам эти ключи особенно безопасны. Таким образом, связь надежно защищена, и существующие атаки на подслушивание могут быть обнаружены.
До сих пор такие методы квантового ключа были технически сложными и чувствительными к внешним воздействиям. Система Дармштадтской группы из Центра совместных исследований CROSSING основана на специальном протоколе. Система распределяет фотоны от центрального источника среди всех пользователей сети и устанавливает безопасность квантовых ключей посредством квантовой запутанности. Этот квантово-физический эффект создает корреляции между двумя легкими частицами, которые можно наблюдать, даже когда они находятся далеко друг от друга. Свойство частицы-партнера может быть предсказано путем измерения свойства легкой частицы из пары.
Поляризация часто используется в качестве свойства, но это обычно нарушается в стеклянных волокнах, используемых для передачи, из-за воздействий окружающей среды, таких как вибрации или небольшие изменения температуры. Однако система Дармштадта использует протокол, в котором квантовая информация кодируется в фазе и времени прихода фотонов и поэтому особенно нечувствительна к таким помехам. Впервые группе удалось обеспечить сеть пользователей квантовыми ключами с помощью этого надежного протокола. Высокая стабильность передачи и масштабируемость в принципе были успешно продемонстрированы в ходе полевых испытаний совместно с Deutsche Telekom Technik GmbH. В качестве следующего шага исследователи из университета Дармштадта планируют подключить к своей системе другие здания в городе. Исследование опубликовано в журнале PRX Quantum.https://phys.org/news/2022-05
Автор: Technische Universitat Darmstadt
More information: Erik Fitzke et al, Scalable Network for Simultaneous Pairwise Quantum Key Distribution via Entanglement-Based Time-Bin Coding, PRX Quantum (2022). DOI: 10.1103/PRXQuantum.3.020341