• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    ORNL, LANL-utvecklade kvanttekniker går långt

    Innan demonstrationen, teamet förberedde QKD -utrustning på ORNL. Upphovsman:Genevieve Martin/Oak Ridge National Laboratory, USA:s avdelning för energi

    För andra året i rad, ett team från Department of Energy:s Oak Ridge och Los Alamos nationella laboratorier ledde en demonstration som arrangerades av EPB, ett samhällsbaserat verktygs- och telekommunikationsföretag som betjänar Chattanooga, Tennessee.

    Med hjälp av en isolerad del av EPB:s fiberoptiska nätverk, laget experimenterade med kvantbaserad teknik som kunde förbättra cybersäkerheten, livslängd och effektivitet för landets elnät. Bland andra framgångar, forskarna ökade drastiskt utbudet som dessa resurser kan täcka i samarbete med sin nya branschpartner, Qubitekk.

    Teamet testade kvantnyckeldistribution, eller QKD, system som utnyttjar kvantmekanikens kraft att verifiera data och kryptera meddelanden med en hemlig "nyckel". Med hjälp av privata krypteringsmetoder, nyckeln överför säkert "låst" information från ett QKD -system till ett annat genom en "betrodd nod" som är praktiskt taget osårbar för cyberattacker.

    "Denna teknik förlitar sig inte på de matematiska lagarna som styr modern datasäkerhet utan på de fysiska lagarna i kvantmekaniken som inte förändras över tiden, "sa Raymond Newell, som leder LANL:s kvantkommunikationsteam. "Som ett resultat, vi kan göra säkerhetsgarantier som förblir sanna på obestämd tid eftersom de inte förlitar sig på antaganden. "

    Förra året, ORNL, LANL och EPB visade att QKD -system kunde fungera sömlöst trots att de har olika underliggande maskin- och programvarukomponenter, ett viktigt steg mot att så småningom införliva QKD i nätet - som tillhandahåller elektricitet till byggnader i hela USA - på nationell nivå. Dessa system kan hjälpa till att säkerställa kompatibiliteten hos utrustning från olika leverantörer som stöder verktygsägare och operatörer.

    "Efter att ha visat driftskompatibilitet, vi kan nu visa fördelarna med ett utökat sortiment som täcker ett större territorium och helt enkelt kommer längre än vad som hade varit möjligt med ett enda system som fungerar på egen hand, "Sa Newell.

    Under årets demonstration, forskarna placerade sina system och ett nytt system utvecklat av Qubitekk, en QKD -utvecklare och tillverkare, i elektriska transformatorstationer i Chattanooga. Dessa transformatorstationer var anslutna med den del av EPB:s fiberoptiska nät som var avsatt för testning och fungerade som pitstops som gjorde att varje system kunde skicka en nyckel till nästa system.

    Svåra avståndsbegränsningar hindrade tidigare QKD från att bli ett livskraftigt komplement till befintliga näthanteringstekniker, men detta test visade att tre olika system kan slutföra ett verkligt relä med kvantnycklar över hela staden.

    "Att framgångsrikt demonstrera QKD -prestanda i en verklig miljö hjälper till att fastställa möjligheten för denna teknik för att skydda kritisk energileveransinfrastruktur, "sade Nicholas Peters, Quantum Information Science, eller QIS, gruppledare på ORNL.

    Förvaring av QKD -systemen i transformatorstationer - lådor omgivna av byggnader, kameror, staket och andra säkerhetsåtgärder - förutsatt cyber och fysiskt skydd.

    "QKD är unikt eftersom det kan upptäcka närvaron av någon avlyssnare som försöker fånga upp och kopiera information, "sa ORNL QIS Quantum Communications Team Lead Phil Evans." Dessa avlyssningar dyker upp som fel och vi slänger dem innan de kan läcka ut viktig information. "

    Förutom att förlänga det fysiska avstånd över vilket dessa system kan kommunicera, den tillförlitliga nodmetoden gynnar också verktygsleverantörer genom att låta ytterligare substationer existera på kvantnätverket. Som ett resultat, kontrollcentralen kan kommunicera och säkert utfärda kritiska instruktioner till alla transformatorstationer samtidigt.

    ORNL kvantforskare, från vänster, Brian Williams, Phil Evans och Nick Peters arbetar med sitt QKD -system. Upphovsman:Genevieve Martin/Oak Ridge National Laboratory, USA:s avdelning för energi

    "Med denna teknik, verktyg får bättre cybersäkerhet utan att införa administrativ huvudvärk. Det är en set-and-glöm-lösning som förenklar cybersäkerhetsoperationer för verktyg, "sa Duncan Earl, VD och teknikchef för Qubitekk.

    Nuvarande smarta nätkommunikation utnyttjar befintlig klassisk teknik, men att lägga till privata kvantnätverk skulle öka cybersäkerheten och förbättra hållbarheten hos viktiga resurser. Även om vardagliga enheter som smartphones och bärbara datorer i allmänhet kräver byte med några års mellanrum när operativsystemet inte längre stöds, att byta transformatorstationer eller generatorer som ofta skulle vara opraktiskt och dyrt.

    "I princip, QKD -system integrerade i nätet skulle förbli säkra i årtionden, matcha eller överskrida livslängden för den fysiska infrastrukturen, "Sa Peters.

    Även om cybersäkerhet och livslängd är viktiga för QKD -prestanda, bättre driftseffektivitet är också viktigt. Till exempel, delar av nätet som stöder förnybara energikällor som solenergi beror på solens och molnens ständigt föränderliga position, och QKD kan hjälpa till att fördela ansvaret i andra delar av elnätet för att kompensera för fluktuerande produktion samtidigt som det skördar grön energi.

    Med ett av de mest avancerade smarta nätverken i landet, EPB har blivit en pionjär inom nätforskning genom långvariga partnerskap och nya demonstrationer som testar kvantteknik i en aldrig tidigare skådad omfattning.

    "Vi är stolta över vårt partnerskap med DOE, ORNL och LANL och att EPB kan vara värd för detta kvantbaserade säkerhetsfältstest för denna simulering, "sa Steve Morrison, EPB:s chef för informationssäkerhet. "Dessa smarta nätdemonstrationer hjälper oss att utveckla lovande teknik för att skydda USA:s elnät från cyberattacker."

    ORNL- och LANL -forskare fortsätter att utveckla kvantteknologi - en del av dem är kommersiellt licensierade och några av dem är i ett tidigt teststeg - och båda laboratorierna planerar att fortsätta samarbeta med EPB.

    "Vi har funnit dem som en utmärkt partner, "Evans sa." De har ett mycket framåtblickande tänkesätt och har byggt ett fantastiskt fiberoptiskt nätverk som inkluderar den isolerade mörka fiber testbädden de har låtit oss använda för många experiment. Vi kunde inte ha kommit så här långt utan människorna på EPB. "

    Bit för bit, laget hoppas kunna använda fler QKD -resurser i det nationella nätsystemet för att se samma framsteg i en mycket större skala.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com