Toshiba och Tohoku Medical Megabank Organization vid Tohoku University har framgångsrikt tillämpat höghastighetsteknologi för kvantkryptografisk kommunikation som utvecklats vid Toshiba och Toshiba Research Europes Cambridge Research Laboratory för att uppnå världens första kvantkryptografikommunikation med en månads genomsnittlig nyckeldistributionshastighet som överstiger 10 Mbps över installerade optiska fiberlinjer.

Företagen konstruerade en applikation för dataöverföring via optiska fiberlinjer, som i kombination med höghastighetskommunikationsteknologier för kvantkryptografi visade praktiska nyckeldistributionshastigheter även i en verklig miljö. Bolagen byggde och drev dessutom ett trådlöst sensornätverk som kontinuerligt övervakar installerade fiberoptiska linjer, och klargjorde sambanden mellan karakteristiska förändringar i optisk fiber på grund av året runt variationer i väder, vibration, och andra faktorer och prestandaegenskaperna för kvantkryptografisk kommunikation. Detta är ett betydande framsteg mot den praktiska tillämpningen av höghastighetskvantkryptografikommunikation. Detaljer om denna teknik och demonstration presenterades på QCrypt 2018, hölls i Shanghai, Kina den 27–31 augusti 2018.

I dagens IoT-era, konfidentiell information som medicinska data och finansiella transaktioner utbyts via nätverk, så kryptografisk kommunikationsteknik kräver mycket höga säkerhetsnivåer. I kvantkryptografikommunikation, en bit information sänds och tas emot som en enda foton av ljus. Avlyssning ändrar fotonernas tillstånd och kan därför detekteras på ett tillförlitligt sätt. Kvantkryptografikommunikation är därför garanterat säker mot all avlyssning och dekryptering, inklusive det av kvantdatorer, och så förväntas införas i kommunikationsapplikationer som konfidentiell säkerhetskopiering av data och medicinska dataöverföringar, etc. Emellertid, praktiska tillämpningar som inkluderar kvantkryptografikommunikation kommer att kräva utveckling av system som införlivar befintlig datakommunikationsinfrastruktur som använder optiska fiberlinjer, samt demonstrationer av att sådana system kan fungera stabilt under långa tidsperioder.

I ett gemensamt forskningsprojekt, Toshiba och ToMMo har tillämpat höghastighets kvantkryptografisk kommunikationsteknik utvecklad vid Toshiba och Toshiba Research Europes Cambridge Research Laboratory för att utveckla ett system som har introducerats i applikationer som överför genomanalysdata och för att utföra fältdemonstrationsexperiment. I dessa experiment, kvantkrypteringsenheter introducerades vid Toshiba Life Science Analysis Center (Minamiyoshinari, Aoba-ku, Sendai) och på ToMMo (Seiryo-machi, Aoba-ku, Sendai), och kommunikationer utfördes över dedikerade installerade optiska fiberlinjer mellan platserna, en sträcka på cirka 7 km.

Företagen utvecklade och införlivade också ett system för att hantera distribuerade kryptografiska nycklar tillsammans med datakrypteringsmjukvara som fungerar i samordning med det systemet. Systemet krypterade och överförde genomanalysdata mellan de två platserna med hjälp av dessa kvantkryptografiska kommunikationsteknologier. Systemet stabiliserade kontinuerligt hastigheten för kvantnyckeldistribution och uppnådde en genomsnittlig nyckeldistributionshastighet på 10,2 Mbps vid kontinuerlig drift som varade över en månad. Detta är en världsförsta demonstration av kvantkryptografisk nyckeldistribution med hastigheter över 10 Mbps i en verklig miljö.

Vidare, införandet av ett trådlöst sensornätverk i de ovan nämnda installerade optiska fiberlinjerna möjliggjorde mätning av miljöfluktuationer utanför kommunikation, såsom variationer året runt i optisk fibervibration på grund av faktorer som temperaturförändringar, regn, snötäcke, stark vind, och jordbävningar, klargöra deras relationer med kvantkrypteringskommunikationsprestanda.

Toshiba kommer att fortsätta att bedriva operativa fältförsök och liknande med målet att praktiska tillämpningar av kvantkryptografiteknik inom olika områden och användningsfall, inklusive medicinsk, finansiell, och kommunikationsinfrastruktur. ToMMo kommer att fortsätta att främja användningen av säker och säker IKT-teknik för att förverkliga framtida medicinsk vård baserad på genomisk information.