Znajdź zawartość

Upowszechnienie się komputerów kwantowych to wciąż wizja przyszłości, ale coraz bliższej. Specjaliści już myślą o zabezpieczeniu takich maszyn. Ma temu służyć zestaw procedur zwany kwantową dystrybucją klucza (QKD), w którym bezpieczeństwo gwarantują same zasady mechaniki kwantowej. Specjaliści z Toshiba Europe stworzyli właśnie pierwsze kompaktowe moduły, z których można budować systemy QKD. Jednym z elementów modułów jest układ nadawczy, który koduje kwantową informację w świetle. Wykorzystuje w tym celu laser, który wysyła pojedyncze fotony. Dzięki precyzyjnie dobranym właściwościom fotonu jest w nim kodowana informacja, która może być odkodowana przez układ odbiorczy. Całość została zaprojektowana tak, by była wrażliwa na podsłuch. Jeśli ktoś przechwyci komunikację pomiędzy układem nadawczym a odbiorczym, system natychmiast to wykryje. Moduły korzystają z dwufotonowych kwantowych generatorów liczb losowych (QRNG). To one decydują o sposobie szyfrowania i odszyfrowywania informacji kwantowej. Jak mówią twórcy modułów, zastosowanie QRNG to poważny krok naprzód ku zapewnieniu jeszcze większego bezpieczeństwa przesyłania danych kwantowych. Thomas Roger z Toshiby przypomina, że dotychczas nikt nie zaprezentował systemów QKD z kwantowym generowaniem liczb losowych w czasie rzeczywistym. Po raz pierwszy trzy układy – kwantowy nadajnik, kwantowy odbiornik i układ QRNG – zostały połączone i przesyłają klucze w systemie QKD, zauważa Marco Lucamarini, fizyk z University of York, który nie brał udział w pracach nad modułami Toshiby. Uczony dodaje, że inżynierowie Toshiby dokonali jeszcze dodatkowego ważnego postępu. Podczas demonstracji działania swojego systemu nie używali żadnego sprzętu laboratoryjnego, który zwyczajowo był podłączony podczas tego typu demonstracji. Taofiq Paraiso, badacz Toshiby i główny autor artykułu opublikowanego na łamach Nature Photonics, mówi, że nie było wiadomo, czy uda się zintegrować wszystkie wspomniane elementy. Bardzo dużo wysiłku włożyliśmy w umieszczenie wszystkiego w jednym systemie i opracowanie interfejsów, dzięki którym układy mogły wymieniać dane między sobą. Integracja nie tylko się powiodła, ale całość umieszczono też w standardowych modułach używanych obecnie w systemach komunikacyjnych. Zespół Toshiby to jedna z wielu grup specjalistów, które pracują nad stworzeniem zintegrowanych modułów do kwantowej komunikacji. Obecnie kwantowe systemy komunikacyjne są niewygodne i skomplikowane w obsłudze, gdyż składają się z wielu niezależnych komponentów. Dlatego też specjaliści próbują wykorzystać technologię fotoniczną do ich zintegrowania. Technologia ta sprawdza się w obecnych standardowych sieciach optycznych. Zintegrowana fotonika to następca zintegrowanej elektroniki, mówi Paolo Villoresi z Uniwersytetu w Padwie. Jeśli technologia ma się rozwijać, to musi iść w tym kierunku. Tak, jak w przeszłości osobne tranzystory zostały zintegrowane w układy scalone, tak i obecnie trwają prace nad integracją elementów fotonicznych. Przeskalowanie nieporęcznych systemów QKD do rozmiarów monety i zintegrowanie ich w łatwych do podłączenia modułach zmniejsza rozmiary, koszty i pobór energii, zatem przybliża tę technologię do momentu rynkowego debiutu, stwierdza Lucamarini. System Toshiby to prototyp, ale jego twórcy są bardzo dobrej myśli. Testy wykazały, że współpracuje on z komercyjnymi systemami szyfrującymi i może pracować całymi tygodniami lub miesiącami bez wystąpienia większych błędów. Mają nadzieję, że w przyszłości uda im się całość jeszcze bardziej zminiaturyzować i zintegrować w istniejących sieciach komunikacyjnych. Istnieją pewne subtelne różnice pomiędzy komunikacją klasyczną a kwantową, które powodują, że nie można po prostu podłączyć systemów QKD do istniejących sieci telekomunikacyjnych i spodziewać się, że wszystko będzie działało, dodaje Roger. « powrót do artykułu

Chińscy naukowcy stworzyli pierwszą na świecie zintegrowaną kwantową sieć komunikacyjną, łącząc światłowody na Ziemi z dwoma satelitami. Dzięki temu byli w stanie przesłać klucz kwantowy przez cały kraj na łączną odległość 4600 kilometrów. O swoim osiągnięciu poinformowali na łamach Nature. Komunikacja kwantowa jest uznawana, przynajmniej teoretycznie, za niemożliwą do podsłuchania. Dlatego też jej pojawienia się z niecierpliwością oczekują firmy prywatne, wojsko czy instytucje państwowe. Głównym elementem bezpiecznej komunikacji kwantowej jest możliwość dystrybucji klucza kwantowego (QKD). Dotychczas udawało się go przesyłać na odległość kilkuset kilometrów. Jednym z ważnych osiągnięć technologii QKD była możliwość wykorzystania satelitów. Z QKD korzysta obecnie ponad 150 firm na ternie Chin. To rodzaj demonstracyjnej sieci, która dowodzi, że w przyszłości kwantowa komunikacja będzie nadawała się do pełnoprawnych praktycznych zastosowań. Może też powstać ogólnoświatowa sieć kwantowa, jeśli różne kraje połączą swoje sieci i powstaną standardowy sprzęt i protokoły do ich obsługi. Chińczycy intensywnie pracują nad rozwojem swojej sieci kwantowej i właśnie udowodnili, że klucz kwantowy klucz szyfrujący można przesyłać między stacjami naziemnymi a satelitami na odległość 4600 kilometrów i to w tempie 47,8 kilobitów na sekundę. To aż 40-krotnie szybciej niż dotychczas. Co więcej, wykorzystując technologię o nazwie twin-field QKD (TF-QKD) byli też w stanie przesłać klucz na odległość 500 km korzystając przy tym z samych światłowodów. Zespół z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hefei, na którego czele stoją Jianwei Pan, Yuao Chen i Chengzhi Peng ma coraz bardziej ambitne plany. We współpracy z partnerami z Austrii, Włoch, Rosji i Kanady chcą rozbudowywać sieć w Chinach, rozwijać niewielkie tanie satelity wyspecjalizowane w dystrybucji kwantowych kluczy szyfrujących, pracować nad naziemnymi przekaźnikami, planują też budowę większych satelitów, dzięki którym możliwa stanie się nieprzerwana dystrybucja kwantowych kluczy szyfrujących na odległości liczone w dziesiątkach tysięcy kilometrów. « powrót do artykułu

Polak, profesor Artur Ekert, wykorzystał chińskiego satelitę Micius do zabezpieczenia za pomocą splątania kwantowej dystrybucji klucza szyfrującego (QKD) na rekordową odległość 1120 kilometrów. Został on przesłany pomiędzy dwoma chińskimi obserwatoriami. Ekert już w swojej pracy doktorskiej wykazał, jak wykorzystać splątanie kwantowe do zabezpieczenia informacji. Obecnie uczony specjalizuje się w przetwarzaniu informacji w systemach kwantowo-mechanicznych. Satelita Micius został wystrzelony w 2016 roku. Generuje on kwantowo splątane pary fotonów. Już w 2017 roku Micius udowodnił, że jest w stanie wysłać splątane fotony do odbiorców oddalonych od siebie o 1200 kilometrów. Teraz wiemy, że możliwe jest też wykorzystanie go do kwantowej dystrybucji klucza szyfrującego (QKD) zabezpieczonej za pomocą splątania kwantowego. Ekert i jego grupa znacząco poprawili rekord w odległości kwantowej dystrybucji klucza szyfrującego. Dotychczas udało się go przesłać na odległość 100 kilometrów za pomocą światłowodu. Światłowody są dobre na średnie odległości, jakieś 30 do 50 kilometrów. Jednak generują zbyt duży szum na dłuższych dystansach, wyjaśnia uczony. Najnowszy system komunikacji charakteryzuje odsetek błędów rzędu 4,5%. To niezwykle ważna cecha przyszłych systemów komunikacji kwantowej, gdyż jakakolwiek próba jej podsłuchania skończy się zwiększeniem odsetka błędów. Zatem niezwykle ważne jest, by znajdował się on na niskim poziomie, gdyż w ten sposób łatwo będzie wyłapać dodatkowe błędy i odkryć próbę podsłuchu. Prace Ekerta i jego chińskich kolegów to pierwszy, ale niezwykle ważny krok w kierunku bezpiecznego kwantowego internetu. Jak czytamy na łamach Nature, QKD pozwala dobrze zabezpieczyć przesyłaną informację. W laboratoriach udało się go przesłać za pomocą światłowodu na odległość 404 kilometrów, jednak w praktyce granicą jest 100 kilometrów. Co prawda odległość tę można zwiększyć, ale wymaga to zastosowania przekaźników. Te zaś stanową słabe punkty systemu. Długodystansową kwantową dystrybucję klucza można by zabezpieczyć za pomocą splątania kwantowego, jednak to wymagałoby zastosowania kwantowych przekaźników, których technologia jest dopiero w powijakach i nie nadaje się do zastosowań w praktyce. Stąd też pomysł na wykorzystanie satelity, który pozwala wysłać dane na większą odległość bez konieczności uciekania się do pomocy zaufanych stacji przekaźnikowych. Dzięki wyspecjalizowanemu satelicie oraz obserwatoriom wyposażonym w odpowiednie urządzenia udało się dokonać zabezpieczonej splątaniem kwantowej dystrybucji klucza pomiędzy ośrodkami oddalonymi od siebie w linii prostej o 1120 kilometrów. Tempo przesyłania klucza wynosiło 0,12 bita na sekundę. Prędkość nie jest oczywiście imponująca, jednak Ekert i naukowcy z Hefei, Szanghaju, Chengdu i Singapuru wykazali, że można wysyłać superbezpieczne dane na duże odległości minimalizując liczbę urządzeń, przez które one przechodzą. « powrót do artykułu