Forskare vid University of Yorks Center for Quantum Technology har gjort ett viktigt genombrott i teorin om kvantsäkra kommunikationer.

Dagens klassiska kommunikation, som e-post eller telefon, är potentiellt sårbara för avlyssnare eftersom konventionell datakryptering är baserad på faktorisering av stora heltal, en operation som är beräkningssvår på en klassisk dator men lätt lösbar på en kvantdator.

Nyligen, Google sa att stora kvantdatorer bara är fem år från kommersiell exploatering, sätter därför en deadline för aktuella klassiska metoder för privat kommunikation. Forskare säger att lösningen kommer från området kvantnyckeldistribution (QKD).

QKD använder partiklar, som fotoner, för att möjliggöra för två avlägsna parter att producera en delad slumpmässig hemlig nyckel som endast är känd för dem, som sedan kan användas för att kryptera och dekryptera konfidentiella meddelanden. Säkerheten är inte beräkningsmässig utan baserad på en grundläggande naturlag, osäkerhetsprincipen.

Högsta priser

Baserat på denna idé, säkra kvantnät byggs i stor skala i Storbritannien och andra länder, med Kina som spelar en viktig roll och också leder utforskningen av kvantsatellitkommunikation.

I ett sådant scenario är det avgörande att förstå de yttersta gränserna för QKD, när det gäller maximipriser, eller kapacitet, där två parter kan distribuera hemliga nycklar i en punkt-till-punkt-anslutning.

I en tidning publicerad i Naturkommunikation , forskare har etablerat dessa kapaciteter genom de viktigaste kommunikationslinjerna, inklusive optiska fibrer.

Protokoll

Professor Stefano Pirandola vid universitetets institution för datavetenskap sa:"Detta är ett genombrottsresultat eftersom det etablerar den ultimata prestandan som något punkt-till-punkt-protokoll för QKD inte kan överträffa.

"Att sätta dessa gränser är extremt viktigt för både teoretiker och experimentalister, eftersom de tillhandahåller benchmarking för nya teoretiska protokoll och faktiska experimentella implementeringar."

Studien finansierades av EPSRC via Storbritanniens kvantkommunikationshubb.