Không khí quan trọng lượng tử truyền đến mặt đất có thể là tương lai của mật mã

Anonim

Không khí quan trọng lượng tử truyền đến mặt đất có thể là tương lai của mật mã

Viễn thông

Adam Williams

Ngày 9 tháng 5 năm 2013

4 hình

Nghiên cứu diễn ra tại Trung tâm hàng không vũ trụ Đức (Ảnh: DLR)

Lần đầu tiên, các nhà mật mã học lượng tử đã truyền thành công một khóa lượng tử từ một vật thể chuyển động nhanh - một tuabin Dornier 228. Thí nghiệm liên quan đến việc gửi một thông điệp an toàn từ máy bay đến trạm mặt đất thông qua tia laser và có thể được coi là một bước quan trọng đối với việc tạo ra một mạng lưới truyền dữ liệu vệ tinh không thể phá vỡ.

Phân phối khóa lượng tử

Phân phối khóa lượng tử (QKD) khai thác các định luật cơ học lượng tử để tạo điều kiện cho một phương pháp trao đổi khóa thường được coi là an toàn tuyệt đối chống nghe lén - ít nhất là khi được thực hiện chính xác. Mặc dù niềm tin này có vẻ không tự nhiên, nhưng sự tự tin đó xuất phát từ kiến ​​thức rằng hệ thống QKD được cấu hình đúng sẽ hiển thị các dấu hiệu có thể phát hiện được nếu bất kỳ bên thứ ba nào cố gắng theo dõi hoặc làm gián đoạn liên lạc.

Một hệ thống QKD cũng tăng cường bảo mật so với mã hóa không lượng tử do các bit lượng tử (hoặc quibits). Bản thân quibits là một chủ đề phức tạp, nhưng nói một cách đơn giản, trong khi một bit nhị phân tiêu chuẩn chỉ có thể ở trạng thái 0 hoặc 1, một quibit có thể là 0, 1 hoặc thực sự là cả hai, trong một quá trình được gọi là lượng tử chồng chất.

Cho đến thời điểm này, phần lớn các thí nghiệm liên quan đến QKD đã tập trung vào việc sử dụng các kênh sợi viễn thông hoặc đường ngắm trực tiếp trên khoảng cách ngắn và các vị trí tĩnh. Đây là mấu chốt của nghiên cứu mới: Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm hàng không vũ trụ Đức (DLR), hợp tác với Ludwig-Maximilians-Universität ở Munich, đã đưa công nghệ QKD hiện có và đưa nó đến gần hơn trong giới hạn của các phòng thí nghiệm khoa học, và tiến vào một ứng dụng thực tế trong thế giới thực.

Khi Bob gặp Alice

Trong nỗ lực ước tính loại điều kiện cần khắc phục trong việc tạo ra hệ thống QKD dựa trên vệ tinh, các nhà khoa học DLR đã giao nhiệm vụ cho một máy bay nghiên cứu DLR Dornier Do 228-212 với phát tín hiệu laser có chứa QKD giữa chuyến bay. Điều này đòi hỏi một mức độ chính xác ấn tượng, đồng thời bù cho các rung động và chuyển động mà một chuyến bay chắc chắn tạo ra.

Bên trong máy bay, một hệ thống laser được đặt tên là Alice Alice và tất cả các thiết bị liên quan khác được gắn trên băng ghế quang 500 x 800 mm (19 x 31 in), tự gắn vào đường ray ghế của máy bay. Alice ban đầu đã liên lạc với trạm mặt đất - Thời Bob Bob - thông qua GPS và sau đó, hai người theo dõi nhau bằng một liên kết từ xa tần số siêu cao (UHF) tốc độ thấp.

Từ đây, khóa lượng tử được gửi qua laser - mặc dù bước này cũng đặt ra những thách thức nhất định. Trong giao tiếp không gian tự do cổ điển, một khoảng cách lớn thường chỉ đơn giản là yêu cầu các nhà khoa học phải bật nước trái cây, nhưng cường độ của chùm QKD cần phải ở mức đơn photon. Vì vậy, để đảm bảo một kết nối ổn định, chùm tia đã được thu hẹp xuống còn 3, 4 mét (11 feet) đường kính, ở khoảng cách 20 km (12 dặm). Giao thức mã hóa lượng tử BB84 sau đó đã được gửi và nhận thành công.

"Chúng tôi không biết điều này sẽ hoạt động tốt như thế nào; nó chưa bao giờ được thực hiện trước đó, ông nói ông Moll từ Viện Truyền thông và Điều hướng DLR. Thật tuyệt vời khi trải nghiệm. "

Đã chứng minh khả năng gửi khóa lượng tử từ một vật thể chuyển động nhanh qua laser, các nhà nghiên cứu tiếp theo dự định sẽ hướng tới việc áp dụng công nghệ này để tạo ra một hệ thống truyền dẫn vệ tinh QKD khả thi.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Photonics.

Nguồn: DLR

Một máy bay nghiên cứu DLR Dornier Do 228-212 đã được sử dụng trong nghiên cứu (Ảnh: DLR)

Bên trong máy bay, một hệ thống laser có tên là Alice Alice và tất cả các thiết bị liên quan cần thiết được gắn trên băng ghế quang 500 × 800 mm (19 x 31 inch) (Ảnh: DLR)

Nghiên cứu diễn ra tại Trung tâm hàng không vũ trụ Đức (Ảnh: DLR)

Phân phối khóa lượng tử (QKD) thường được coi là an toàn tuyệt đối chống nghe lén (Ảnh: DLR)