Under många städer finns komplexa nätverk av optiska fibrer som bär data, kodad i ljuspulser, till kontor och hem. Forskare från National University of Singapore (NUS) och Singtel, Asiens ledande kommunikationsteknikgrupp, har visat en teknik som hjälper par av ljuspartiklar att smidigt navigera i dessa nätverk, ett genombrott som möjliggör starkare cybersäkerhet. Demonstrationen genomfördes över 10 km av Singtels fibernät. Det här projektet, genomfördes i Singapore, drivs av NUS-Singtel Cyber ​​Security Research &Development Laboratory, ett offentlig-privat partnerskap som stöds av National Research Foundation, Premiärministerns kansli, Singapore. Den bygger på expertisen från Center for Quantum Technologies (CQT) vid NUS.

Detta nya tillvägagångssätt stöder distributionen av en teknik som kallas quantum key distribution (QKD). Sänds över fibernät, den använder signaler som skickas i ljuspartiklar som kallas fotoner. Upptäckt av enskilda fotoner skapar krypteringsnycklar för säker kommunikation. Data som är krypterade med sådana nycklar är motståndskraftig mot alla datahackar.

QKD -försök pågår världen över när regeringar och företag inser behovet av att stärka sin cybersäkerhet. QKD-försöken som utförs av NUS-Singtel-teamet använder par av fotoner som är anslutna med kvantegenskaperna för intrassling. De flesta QKD -scheman kräver att avsändare och mottagare av ett hemligt meddelande utbyter fotoner direkt eller litar på källan till deras nycklar. Med detta alternativa tillvägagångssätt, det är möjligt att kontrollera säkerheten för en nyckel från en tredjepartsleverantör.

Det fungerar så här:leverantören skulle skapa ett par fotoner, dela dem sedan, skicka en var till de två parter som vill kommunicera säkert. Förvirringen innebär att när parterna mäter sina fotoner, de får matchande resultat, antingen en 0 eller 1. Om du gör detta för många fotoner lämnar varje parti identiska mönster av 0s och 1s, ger dem en nyckel för att låsa och låsa upp ett meddelande.

Vanligtvis, varje foton stöter på en annan hinderbana för skarvade fibersegment och kopplingsdosor. På deras vägar, fotonerna drabbas också av spridning, där de sprider sig effektivt. Detta påverkar operatörernas förmåga att spåra fotonerna.

Det nya tricket, publicerad den 4 april i den vetenskapliga tidskriften Tillämpad fysikbokstäver , håller de intrasslade fotonerna synkroniserade när de färdas olika vägar genom nätverket. Detta är viktigt eftersom de identifieras med klyftan mellan deras ankomsttider till detektorn. "Timinginformation är det som gör att vi kan länka par av detekteringshändelser ihop. Att bevara denna korrelation hjälper oss att skapa krypteringsnycklar snabbare, "säger James Grieve, en forskare i teamet.

Tekniken fungerar genom att noggrant utforma fotonkällan för att skapa par ljuspartiklar med färger på vardera sidan av en känd egenskap hos optisk fiber som kallas 'noll-dispersionsvåglängd'. I vanliga fall, i optiska fibrer skulle blåare ljus komma snabbare än rött ljus, sprider ut fotonernas ankomsttider. Att arbeta runt noll-spridningspunkten gör det möjligt att matcha hastigheterna genom fotonernas tidsenergi-intrassling. Då är timingen bevarad.

Docent Alexander Ling, en huvudutredare på CQT, ledde detta arbete för NUS-Singtel lab. Han sa, "Innan dessa resultat det var inte känt om den utbredda fiberns flersegmentskaraktär skulle möjliggöra avbrytande av hög precisionsdispersion, eftersom segmenten i allmänhet inte har identiska nolldispersionsvåglängder. "

Genom att visa att det kan fungera, laget ökar förväntningarna på QKD jämfört med kommersiell fiber. De intrasslade fotonerna kan hitta andra applikationer, för. Till exempel, fotonerna i varje par skapas inom femtosekunder från varandra. Deras samordnade ankomsttider kan synkronisera klockor för tidskritiska operationer som finansiell handel.