demonstrerade nya chipbaserade enheter som innehåller alla optiska komponenter som behövs för distribution av kvantnyckel samtidigt som säkerheten i verkligheten ökar. Den snabba och kostnadseffektiva plattformen är redo att underlätta implementeringen av extremt säker datakommunikation som kan användas för att skydda allt från e-post till internetbankinformation.

Framsteg inom datorteknik kommer snart att göra dagens metoder för att kryptera onlinedata sårbara för avlyssning. Kvantnyckeldistribution erbjuder ogenomtränglig kryptering genom att använda ljusets kvantegenskaper för att generera säkra slumpmässiga nycklar mellan användare för att kryptera och dekryptera deras onlinedata. Även om kvantnyckeldistribution är kompatibel med de flesta fiberoptiska nätverk, mer robusta och billigare enheter behövs för att utföra denna krypteringsmetod utanför labbet.

I Optica , The Optical Societys (OSA) tidskrift för forskning med hög effekt, forskarna rapporterar att säkert utbyte av kvantnyckel kan åstadkommas mellan två chipbaserade enheter – som bara mäter 6 x 2 millimeter – potentiellt över ett fibernätverk med länkar upp till 200 kilometer långa.

"Chip-baserade enheter minskar avsevärt barriären för utbredd upptagning av kvantsäkrad kommunikation genom att tillhandahålla en robust, masstillverkbar plattform, " sa forskargruppsledaren Henry Semenenko från University of Bristol, STORBRITANNIEN. "I framtiden, dessa enheter kommer att utgöra en del av en vanlig hushållsanslutning till internet som håller vår data säker oavsett framsteg inom datorteknik."

Minska storlek och effektbehov

De nya kvantnyckeldistributionsenheterna är baserade på samma halvledarteknologi som finns i varje smartphone och dator. Istället för kablar för att styra elektricitet, de innehåller mycket komplexa kretsar som styr de svaga fotoniska signalerna av ljus som är nödvändiga för kvantnyckelfördelning. Komponenter i nanoskala i chipsen gör det möjligt att drastiskt minska storleken och strömförbrukningen hos kvantkommunikationssystem samtidigt som höghastighetsprestanda bibehålls som är avgörande för moderna nätverk.

"Med sina tätt packade optiska komponenter, vår chipbaserade plattform erbjuder en nivå av exakt kontroll och komplexitet som inte kan uppnås med alternativ, ", sade Semenenko. "Det kommer att tillåta användare att komma åt ett säkert nätverk med en kostnadseffektiv enhet av samma storlek som de routrar vi använder idag för att komma åt internet."

Forskarna designade den nya plattformen för att underlätta stadstäckande nätverk och drastiskt minska antalet anslutningar som krävs mellan användare.

"Vår plattform tillåter enstaka användare att ansluta till en centraliserad nod som möjliggör säker kommunikation med alla andra användare, " sade Semenenko. "När kvantnätverk utvecklas, den centraliserade noden kommer att erbjuda avgörande infrastruktur som så småningom kommer att stödja mer komplexa kommunikationsprotokoll."

Demonstrerar enheterna

Forskarna demonstrerade sina nya chipbaserade enheter med ett principiellt experiment där de emulerade ett 200 kilometer lång fibernätverk vid University of Bristol Quantum Engineering Technology Labs. Med hjälp av två oberoende chipenheter, de visade att felfrekvensen och hastigheten var jämförbar med den senaste tekniken, kommersiella komponenter.

"Vi visade att dessa chipbaserade enheter kan användas för att producera kvanteffekter även när fotoner genererades av olika enheter, ", sa Semenenko. "Detta är viktigt för kvantnätverk där varje användare kommer att kontrollera sina egna enheter som är distribuerade runt en stad."

Forskarna planerar att göra systemet mer praktiskt genom att utveckla applikationsspecifik hårdvara. De kommer sedan att använda det fiberoptiska nätverket på plats runt staden Bristol för att skapa ett demonstrationsnätverk i storstadsregionen med många användare.