Yeni foton dedektörü, kuantum anahtar dağıtımını hızlandırır

Bazı kuantum anahtar dağıtım (QKD) şifreleme sistemlerinin performansını artırabilecek tek fotonlu bir detektör, tarafından açıklandı. Hugo Zbinden ve Cenevre Üniversitesi'ndeki meslektaşları ve Kimlik Miktar İsviçre'de. Cihaz, foton algılama görevini paylaşan iç içe geçmiş 14 süper iletken nanotel içerir.

Geleceğin kuantum bilgisayarları geleneksel kriptografi sistemlerini kırabilir. Bununla birlikte, kuantum kriptografi sistemleri, en azından prensipte, bilgisayar korsanlarına karşı güvende kalmalıdır. Böyle bir sistem, iletişim kuran iki tarafın kriptografi anahtarlarını güvenli bir şekilde değiş tokuş edebilmesini sağlamak için kuantum mekaniği yasalarını kullanan kuantum anahtar dağıtımıdır (QKD).

QKD, belirli polarizasyon durumlarında foton dizilerinin gönderilmesini ve alınmasını içerir. Bir kulak misafiri bu iletişimi yakalarsa, bilginin kuantum doğasını bozarak muhabirleri uyarır.

Sınırlı saat hızları

Ticari QKD sistemleri bazı özel uygulamalarda halihazırda kullanılıyor olsa da, teknolojinin daha yaygın kullanımı, fotonların yaratılabileceği, iletilebileceği ve algılanabileceği "saat hızı" ile sınırlıdır. Zbinden, "Bu sistemlerin saat hızları son 30 yılda sürekli arttı" diyor. "Ancak modern sistemlerde, dedektörlerin hızı ve son işleme, QKD'deki yüksek gizli anahtar oranları için sınırlayıcı faktör haline geliyor."

Bu anahtar hızlar, iletişim kuran tarafların güvenli bir kuantum anahtarını değiş tokuş etme hızını kontrol eder. Daha yüksek anahtar oranları, kullanıcıların hem daha güvenli hem de daha yüksek hızlarda daha fazla bilgi alışverişinde bulunmasını sağlar.

Günümüzün QKD sistemleri, kriyojenik sıcaklıklarda çalışan süper iletken nanotel tek foton dedektörleri (SNSPD'ler) kullanır. Nanotelin küçük bir bölgesi, bir fotonu emdiğinde ısınarak geçici olarak bir süperiletkenden normal bir malzemeye geçer. Bu, tespit edilen nanotelin elektrik direncinde bir artışa neden olur. Foton emildikten sonra, nanotelin bir sonraki fotonu algılayabilmesi için soğuması gerekir ve bu iyileşme süresi, bir SNSPD'nin ne kadar hızlı çalışabileceğini sınırlar.

Basit ama sofistike

Zbinden'in ekibi yaptığı çalışmada bu soruna basit ama etkili bir çözüm uyguladı. "SNSPD'lerin yeni tasarımı, hepsi optik fiberden çıkan ışık tarafından eşit şekilde aydınlatılacak şekilde iç içe geçmiş 14 nanotelden oluşuyor" diye açıklıyor. Fadri Grünenfelder, Zbinden'in Cenevre Üniversitesi'ndeki meslektaşı. "Bu, bazıları iyileşirken hala algılayabilen bir kablo olma şansını artırıyor."

Dedektörün diğer bir özelliği de her bir nanotelin SNSPD'lerde genellikle kullanılan nanotellerden daha kısa olmasıdır - bu da bireysel nanotellerin daha hızlı soğuyabileceği anlamına gelir.

Mevcut SNSPD'ler 10 Mbps'nin biraz üzerindeki anahtar hızları destekleyebilir, ancak İsviçre ekibi çok daha iyisini yaptı. Grünenfelder, "SNSPD'nin yüksek maksimum sayım oranı ve artan zamanlama çözünürlüğü, 64 km optik fiber üzerinde 10 Mbps'lik gizli bir anahtar hızına ulaşılmasına yardımcı oldu" diyor. "Önceki rekoru dört kattan fazla yenebilirdik."

Gizlilik artırma

Fotonları bu hızda algılayarak, bir QKD sistemi gerekli tüm hata düzeltmelerini yapabilir ve gizliliğin güçlendirilmesini gerçekleştirebilir (bir dinleyiciye sızmış olabilecek herhangi bir bilgiden bağımsız olarak ham anahtar fotonları nihai bir güvenli anahtara dönüştüren bir süreç) - her ikisi de gerçek zamanda.

Zayıflamış terminal, kuantum anahtarlarını uzaydan iletir

Şimdilik, SNSPD'ler için gereken kriyojenik sıcaklıklar, teknolojinin QKD'deki günlük uygulamalar için pek uygun olmadığı anlamına geliyor. Zbinden, "Önemli oranların sınırlarını zorlamak için uygulanan diğer optimizasyonlar, daha yaygın, ticari QKD'de uygulanabilir" diye açıklıyor.

Bununla birlikte, araştırmacılar, ultra hızlı, yüksek verimli SNSPD'leri için hala çok çeşitli olasılıklar öngörüyor: uzak uzay araçları arasında güvenli iletişimden, özellikle tıbbi görüntülemede yararlı olabilecek yeni nesil gelişmiş optik sensörlere kadar.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Doğa Fotonik.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Adryenn Ashley ile Geleceği Basmak. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/new-photon-detector-accelerates-quantum-key-distribution/