Optisk kommunikation i fritt utrymme, kommunikation mellan två enheter på avstånd med hjälp av ljus för att bära information, är ett mycket lovande system för att uppnå höghastighetskommunikation. Detta kommunikationssystem är känt för att vara immunt mot elektromagnetisk störning (EMI), en störning som genereras av externa källor som påverkar elektriska kretsar och kan störa radiosignaler.

Medan vissa studier har belyst de möjliga fördelarna med optisk kommunikation i fritt utrymme, detta kommunikationssystem har hittills haft vissa begränsningar. Mest anmärkningsvärt, det är känt att erbjuda begränsad säkerhet mot avlyssnare. Forskare vid Télécom Paris (medlem av Institut Polytechnique de Paris), mirSense, Technische Universität Darmstadt och University of California Los Angeles (UCLA) har nyligen introducerat ett unikt system för säkrare optisk kommunikation i fritt utrymme baserat på en teknologi som kallas kvantkaskadlaser, en specifik typ av halvledarlaser som vanligtvis avger mitten av infrarött ljus.

"Kärnidén bakom vår forskning är att privat fri-rymdkommunikation med kvantnyckeldistribution (dvs. baserat på kvantfysiska egenskaper) är lovande, men det är nog år bort, eller ännu längre, "Olivier Spitz, en av forskarna som genomförde studien, berättade för TechXplore. "För närvarande, de största begränsningarna för denna teknik är kraven för kryogena system, mycket långsamma datahastigheter och dyr utrustning."

I deras tidning, med i Naturkommunikation , Spitz och hans kollegor föreslår ett alternativ till tidigare föreslagna system för att uppnå privat kommunikation i fritt utrymme, som implementerar ett kryptografiskt protokoll baserat på kvantmekanikens lagar. Det nya systemet de utarbetade är baserat på användningen av två enriktade kopplade kvantkaskadlasrar.

Forskarnas tillvägagångssätt kombinerar det som kallas kaosynkronisering med mitten av infraröd våglängd för kvantkaskadlasarteknologi. Kaossynkronisering är en specifik egenskap som har undersökts i samband med halvledarlasrar i decennier.

"Kaossynkronisering är nyckeln till privat kommunikation, medan medelinfraröd våglängd betyder att atmosfärens dämpning är låg i jämförelse med nära infraröd våglängd, där de flesta av halvledarlasrarna sänder ut, "Förklarade Spitz." Vi kan alltså tänka oss överföring med ett mycket långt avstånd och med immunitet mot de atmosfäriska förhållandena. Dessutom, den mellaninfraröda våglängden innebär smyg, eftersom bakgrundsstrålningen är i samma våglängdsdomän."

Den mellaninfraröda våglängden hos kvantkaskadlasrarna gör det ännu svårare för en potentiell avlyssnare att dechiffrera information som utbyts med hjälp av forskarnas system. Det innebär att kommunikationssäkerheten höjs ytterligare.

"Jag känner att den mest anmärkningsvärda bedriften är den framgångsrika kaossynkroniseringen mellan två QCL:er, " sa Spitz. "Länge, möjligheten att skapa tidsmässigt kaos i denna typ av struktur var kontroversiell eftersom de förlitar sig på en annan teknik, i jämförelse med de flesta av halvledarlasrarna, vilket totalt sett gör QCL mer stabila, så inte riktigt benägen för kaos. Några år sedan, vi demonstrerade experimentellt att QCLs kan generera temporalt kaos, och vi tog nu detta ett steg längre genom att uppnå privat kommunikation baserad på kaossynkronisering."

Än så länge, forskarna beskrev bara ett proof of concept av deras föreslagna system, där avståndet mellan de två kvantkaskadlasarna bara är en meter. Detta är inte en realistisk konfiguration för kommunikation i fritt utrymme. Dock, de hoppas kunna förbättra sitt system, för att göra den mer lämplig för verkliga implementeringar.

"Vi planerar att öka det här avståndet till hundratals meter, sedan kilometer, för att bygga ett operativsystem, " sa Spitz. "Förutom kvantkaskadlasrar, det finns andra mellaninfraröda halvledarlasrar, såsom interbandskaskadlasrar (ICL). Vi planerar att upprepa samma experiment med ICL, för att bestämma den bästa konfigurationen för privat kommunikation vid medelinfraröd våglängd."

© 2021 Science X Network