Ett team av forskare från Department of Energy's Oak Ridge och Los Alamos National Laboratories har samarbetat med EPB, ett allmännyttigt och telekommunikationsföretag i Chattanooga, att demonstrera effektiviteten av kvantnyckeldistribution i metroskala (QKD) som ett sätt för säker kommunikation för landets elleverantörer. Denna första milstolpe är en del av teamets treåriga projekt fokuserat på nästa generations nätsäkerhet.

QKD utnyttjar kvantmekanikens inneboende slumpmässighet för att autentisera och kryptera data. Tekniken tillåter två parter att dela en hemlig "nyckel" och varnar båda parter för eventuella intrång från tredje part, en kritisk säkerhetskapacitet eftersom mer av landets nät moderniseras och data flyttas online.

Målet med denna första demonstration, dirigerad av ORNLs Nick Peters och Phil Evans, Los Alamos Ray Newell och Glen Peterson, och EPB:s Tyler Morgan, Ken Jones, och Steve Morrison, var att bevisa interoperabiliteten hos olika QKD-system. ORNL senior forskare Peters sa att eftersom verktyg till stor del är regionala, leverantörer använder en blandning av komponenter och har fluktuerande uppgraderingsscheman. Att säkerställa att olika elleverantörer kan arbeta synkroniserat över landets elnät är avgörande för att realisera potentialen hos QKD på nationell nivå.

För att förbereda demonstrationen, ORNL-forskarna modifierade ett kommersiellt QKD-system medan Los Alamos utvecklade sitt eget anpassade system internt; båda systemen genererade separata nycklar som, när gränssnittet är på en "betrodd nod, " eller säkert informationsutbyte, genererade en tredje nyckel, som sedan fördelades mellan Los Alamos- och ORNL-systemen.

"Denna demonstration åstadkom två saker:den visade att olika system kan fungera tillsammans och den etablerade den funktionalitet som behövs för att vidarebefordra nycklar över större avstånd som man ofta stöter på på elnätet, sa Peters, ledare för ORNL:s kvantkommunikationsteam.

Lade till Ray Newell, Los Alamos forskare och ledare för deras kvantkommunikationsteam:"De senaste demonstrationerna i Los Alamos har visat att QKD-system kan fungera på befintlig elektrisk infrastruktur i verkliga miljöer, inklusive under ett historiskt snöfall. Vårt partnerskap med ORNL och EPB visar att verktyg kan inse fördelarna med kvantsäkerhet genom att använda en blandning av distinkta men interoperabla kommunikationssystem."

Både ORNL och Los Alamos har ägnat många år åt att utveckla kvantkommunikationssystem, och flera teknologier som utvecklats av laboratorierna är för närvarande licensierade till industrin.

Demonstrationen ägde rum på EPB, som, enligt ORNLs Evans, är en idealisk partner eftersom företaget har byggt ut ett fiberoptiskt nätverk i samverkan med sin eldistributionsinfrastruktur. Förutom det, "de är engagerade med oss ​​i flera projekt för att underlätta nästa generations teknik för att säkra vår nations infrastruktur, " han lade till.

"För EPB, att samarbeta med Oak Ridge och Los Alamos National Laboratories är en möjlighet att fälttesta ny teknik och bästa praxis för att hjälpa till att upprätthålla säkerheten och tillförlitligheten hos elnätet för alla i Amerika, sa Steve Morrison, EPB:s direktör för informationssäkerhet. "Vi är hedrade över att göra vår del för att hjälpa detta viktiga arbete framåt."

Trots demots framgång, dock, det finns fortfarande arbete att göra. Nästa, forskarna kommer att arbeta för att övervinna QKD:s ökända avståndsbegränsningar.

Ungefär som elektriskt motstånd minskar mängden elektricitet som överförs när avståndet ökar över traditionella kraftledningar, öka avståndet för fiberoptiska överföringar minskar genomströmningen av kvantkommunikation. För landets elnät, att öka avstånden över vilka dessa QKD-system effektivt kan användas är avgörande, och för det kommer forskarna återigen att förlita sig på betrodda noder, i detta fall EPB:s elstationer.

Det slutliga målet är att implementera QKD-system i många transformatorstationer, som placeras med intervaller och kan vidarebefordra kvantnycklarna. ORNLs Evans jämförde det med ett stafettlopp, där en löpare skickar batongen till en annan, med varje löpare som bär taktpinnen under ett visst intervall. Genom att skicka taktpinnen vid varje transformatorstation innan signalen tappas, signalen uppdateras för nästa resa och så vidare, potentiellt utöka utbudet av QKD-teknik avsevärt.