|
Φωτόνια που χρησιμεύουν ως "κβαντικά κλειδιά"-
τα πιο πρόσφατα στην
τεχνολογία κρυπτογράφησης - στάλθηκαν στην πιο μακρινή απόσταση μέχρι τώρα
- 200 χιλιόμετρα - με οπτικές ίνες από ερευνητές του Εθνικού Ιδρύματος
Προτύπων
και Τεχνολογίας (NIST), την εταιρία NTT στην Ιαπωνία, και το πανεπιστήμιο
του Στάνφορντ. Το πείραμα, χρησιμοποιώντας τα πλέον συνηθισμένα στοιχεία,
τα διαβίβασαν στις συχνότητες των τηλεπικοινωνιών. Έτσι, έγινε μια μεγάλη
προσέγγιση για την κατασκευή πρακτικών κβαντικών δικτύων επίγειων
επικοινωνιών μεταξύ των πόλεων, καθώς επίσης και των ασύρματων συστημάτων
μεγάλης ακτίνας χρησιμοποιώντας όμως τους δορυφόρους επικοινωνίας.
Η επίδειξη, που περιγράφηκε στο περιοδικό Nature Photonics, διευθύνθηκε σε ένα
εργαστήριο του Στάνφορντ με οπτική ίνα η οποία περιτυλίχτηκε γύρω από ένα
πηνίο. Εκτός από την απόσταση ρεκόρ για την κατανομή κβαντικού κλειδιού (QKD), είναι επίσης
και το πρώτο πείραμα με ένα ρυθμό της τάξης του gigabit, που διαβιβάζεται
σε 10 δισεκατομμύρια παλμούς φωτός ανά δευτερόλεπτο για να
παραγάγει ασφαλή κλειδιά.
Ο ρυθμός της παραγωγής επεξεργασμένου κλειδιού - τα κλειδιά διορθώθηκαν
για λάθη και ενισχύθηκαν για την ασφαλή ιδιωτικότητα τους - ήταν πολύ χαμηλή
κάτι που
οφείλεται στη μεγάλη απόσταση του πειράματος. Επίσης, το κλειδί δεν
χρησιμοποιήθηκε για να κρυπτογραφήσει ένα ψηφιακό μήνυμα καθώς αυτό θα
συνέβαινε σε ένα πλήρες σύστημα QKD.
Τα συστήματα QKD διαβιβάζουν ένα ρεύμα ανεξάρτητων φωτονίων με τα
ηλεκτρικά πεδία τους σε διαφορετικούς προσανατολισμούς για να
εκφράσουν το 1 και το 0, και τα οποία χρησιμοποιούνται για να κάνουν
κβαντικά κλειδιά με σκοπό την κρυπτογράφηση και την αποκρυπτογράφηση των
μηνυμάτων. Η κατάλληλα παραγόμενη, κβαντική κρυπτογράφηση θεωρείται
"άσπαστη", επειδή όποιος κρυφακούει αλλάζει την κατάσταση των
φωτονίων.
Μια βασική παράμετρος του πειράματος είναι η χρήση των υπεργρήγορων υπεραγωγικών
ανιχνευτών ανεξάρτητων φωτονίων που αναπτύσσονται στη Ρωσία, με τη τεχνολογία
του πακεταρίσματος των φωτονίων και της ψύξης από τα εργαστήρια NIST στο Boulder.
Η μέτρηση ανεξάρτητων μοναχικών φωτονίων (τα μικρότερα σωματίδια του φωτός) γρήγορα και
αξιόπιστα είναι μια σημαντική πρόκληση, που περιορίζει την ανάπτυξη των
πρακτικών συστημάτων QKD.
Οι ρωσικοί ανιχνευτές έχουν πολύ χαμηλά ψεύτικα ποσοστά αρίθμησης λόγω
της χαμηλού θορύβου κρυογόνου λειτουργίας τους, καθώς επίσης και πολύ καλό συγχρονισμό λόγω της φυσικής των υπεραγωγών, στην οποία
τα ηλεκτρόνια μπορούν να μεταστραφούν από διεγερμένη σε κανονική κατάσταση
μόλις σε μερικά τρισεκατομμυριοστά του ενός δευτερολέπτου.
Κάθε ανιχνευτής αποτελείται από ένα υπεραγωγικό νανοσύρμα από νιτρίδιο νιοβίου
που
λειτουργεί ακριβώς κάτω από το "κρίσιμο ρεύμα" στο οποίο άγει την
ηλεκτρική ενέργεια χωρίς καμιά αντίσταση. Όταν ένα μοναχικό φωτόνιο χτυπά το
καλώδιο, διαμορφώνεται ένα καυτό σημείο, και η πυκνότητα του ρεύματος αυξάνει έως ότου υπερβεί το κρίσιμο ρεύμα.
Σε αυτό το σημείο, σχηματίζεται μια μη υπεραγωγική αντίσταση πέρα από το καλώδιο, και
έτσι δημιουργείται ένας παλμός τάσης . Η αρχική άκρη του παλμού τάσης
επισημαίνει το χρόνο άφιξης του φωτονίου.
Ο
Sae Woo Nam, ένας φυσικός του NIST που έφτιαξε τους ανιχνευτές, λέει ότι
το NIST προσφέρει μια μοναδική πείρα στη σύνδεση των ανιχνευτών
ανεξάρτητων φωτονίων με οπτική ίνα καθώς και στο σχεδιασμό των συστημάτων ψύξης
στους -270 βαθμούς Κελσίου χωρίς κρυογενικό υγρό.
|
