Kvantitangent luft till marköverföring kan vara kryptografiens framtid

Anonim

Kvantitangent luft till marköverföring kan vara kryptografiens framtid

telekommunikation

Adam Williams

9 maj 2013

4 bilder

Forskningen ägde rum vid tyska rymdcentralen (Foto: DLR)

För första gången har kvantkryptografer framgångsrikt överfört en kvante nyckel från ett snabbt rörligt objekt - en Dornier 228 turboprop. Experimentet involverade att skicka ett säkert meddelande från flygplanet till en jordstation via laserstråle och kan betraktas som ett viktigt steg mot skapandet av ett nätverk av "oföränderliga" satellitdataöverföringar.

Kvantumnyckelfördelning

Kvantumnyckeldistribution (QKD) utnyttjar kvantemekanikens lagar för att underlätta en metod för nyckelutbyte som vanligtvis anses vara absolut säker mot avlyssning - när den implementeras korrekt, åtminstone. Medan denna tro kan verka osynlig, kommer detta förtroende ut ur kunskapen att ett korrekt konfigurerat QKD-system visar detekterbara tecken om någon tredje part försöker övervaka eller störa kommunikationen.

Ett QKD-system ger också ökad säkerhet jämfört med icke-kvantkryptering på grund av kvantbitar (eller quibits). Quibits är ett komplext ämne i sig, men helt enkelt, medan en standard binär bit endast kan vara i ett tillstånd av antingen 0 eller 1, kan en quibit vara antingen 0, 1 eller faktiskt grader av båda, i en process som kallas kvant superposition.

Fram till den här tiden har huvuddelen av experimenten kring QKD fokuserat på antingen användningen av telekommunikationskanaler eller direktsyn av syn på korta avstånd och statiska positioner. Här ligger kärnan i den nya forskningen: Forskare vid Tyska rymdcentralen (DLR), som arbetar i samarbete med Ludwig-Maximilians-Universität i München, har tagit befintlig QKD-teknik och fört närmare gränsvärdena för vetenskapslaboratorier och in i en praktisk tillämpning i den verkliga världen.

När Bob träffade Alice

I ett försök att approximera typen av förhållanden som skulle behöva övervinnas vid skapandet av ett satellitbaserat QKD-system uppmanade DLR-forskarna ett DLR Dornier Do 228-212 forskningsflygplan med strålning av en lasersignal som innehöll QKD-mid-flight. Detta krävde en imponerande grad av noggrannhet, samtidigt som den kompenserade för vibrationer och rörelse som ett flyg oundvikligen producerar.

Inuti flygplanet kallades ett lasersystem "Alice" och all annan tillhörande utrustning monterades ovanpå en optisk bänk på 500 x 800 mm, som själv är chockmonterad på planets säteskenor. Alice gjorde initialt kontakt med järnvägsstationen - "Bob" - via GPS, och efter detta behöll de två varandra med en ultrahighfrekvens (UHF) telemetri-länk.

Härifrån skickades kvanteknappen via laser - även om detta steg utgjorde vissa utmaningar. I klassisk fri rymdkommunikation skulle ett stort avstånd vanligtvis helt enkelt kräva att forskarna ska "sätta upp saften", men intensiteten hos QKD-strålen behövde ligga på single-foton-nivån. För att säkerställa en stabil anslutning, var strålen därför begränsad till bara 3, 4 meter (11 fot), på ett avstånd av 20 km (12 miles). BB84-kvantkryptografiprotokollet skickades sedan och mottogs framgångsrikt.

"Vi visste inte hur bra det skulle fungera, det hade aldrig gjorts tidigare, säger Florian Moll från DLR: s institut för kommunikation och navigation." Det var jättebra att uppleva. "

Efter att ha bevisat möjligheten att skicka en kvante nyckel från ett snabbt rörligt föremål via laser, kommer forskarna nu att arbeta mot att tillämpa tekniken för att producera ett fungerande system för QKD-satellitöverföring.

Forskningen publicerades i tidskriften Nature Photonics.

Källa: DLR

En DLR Dornier Har 228-212 forskningsflygplan använts i forskningen (Foto: DLR)

Inuti flygplanet kallades ett lasersystem "Alice" och all nödvändig utrustning som var nödvändig monterades ovanpå en optisk bänk (Photo: DLR) på 500 x 800 mm (19 x 31 tum)

Forskningen ägde rum vid tyska rymdcentralen (Foto: DLR)

Kvanttangentdistribution (QKD) anses ofta vara helt säker mot avlyssning (Photo: DLR)