Hackerattacker på allt från konton i sociala medier till statliga filer kan till stor del förhindras av tillkomsten av kvantkommunikation, som skulle använda partiklar av ljus som kallas "fotoner" för att säkra information snarare än en knäckbar kod.

Problemet är att kvantkommunikation för närvarande begränsas av hur mycket information enstaka fotoner kan hjälpa till att skicka säkert, kallas en "hemlig bithastighet". Forskare från Purdue University skapade en ny teknik som skulle öka den hemliga bithastigheten 100 gånger, till över 35 miljoner fotoner per sekund.

"Att öka bithastigheten gör att vi kan använda enstaka fotoner för att skicka inte bara en mening i sekunden, utan snarare en relativt stor bit information med extrem säkerhet, som en megabyte-stor fil, sade Simeon Bogdanov, en Purdue-postdoktor i el- och datateknik.

Så småningom, en hög bithastighet kommer att möjliggöra ett ultrasäkert "kvantinternet, "ett nätverk av kanaler som kallas "vågledare" som sänder enstaka fotoner mellan enheter, pommes frites, platser eller parter som kan bearbeta kvantinformation.

"Oavsett hur avancerad en hacker är beräkningsmässigt, det skulle vara i princip omöjligt enligt fysikens lagar att störa dessa kvantkommunikationskanaler utan att upptäckas, sedan på kvantnivå, ljus och materia är så känsliga för störningar, sa Bogdanov.

Verket publicerades första gången online i juli för införande i ett tryck Nanobokstäver nummer den 8 augusti, 2018.

Att använda ljus för att skicka information är ett sannolikhetsspel:Att överföra en bit information kan ta flera försök. Ju fler fotoner en ljuskälla kan generera per sekund, desto snabbare takt för framgångsrik informationsöverföring.

"En källa kan generera många fotoner per sekund, men bara ett fåtal av dem kan faktiskt användas för att överföra information, som starkt begränsar hastigheten på kvantkommunikation, sa Bogdanov.

För snabbare kvantkommunikation, Purdue-forskare modifierade sättet på vilket en ljuspuls från en laserstråle exciterar elektroner i en konstgjord "defekt, " eller lokal störning i ett kristallgitter, och sedan hur denna defekt avger en foton i taget.

Forskarna påskyndade dessa processer genom att skapa en ny ljuskälla som innehåller en liten diamant bara 10 nanometer stor, inklämd mellan en silverkub och silverfilm. Inom nanodiamanten, de identifierade en enda defekt, ett resultat av att en kolatom har ersatts av kväve och en tom plats lämnas av en saknad intilliggande kolatom.

Kvävet och den saknade atomen bildade tillsammans ett så kallat "kvävevakanscentrum" i en diamant med elektroner som kretsade runt den.

En metallantenn kopplad till denna defekt underlättade interaktionen av fotoner med de kretsande elektronerna i kvävevakanscentret, genom hybrid lätt-materia partiklar som kallas "plasmoner". Genom att centrum absorberar och avger en plasmon i taget, och nanoantennen som omvandlar plasmonerna till fotoner, hastigheten för att generera fotoner för kvantkommunikation blev dramatiskt snabbare.

"Vi har visat den ljusaste enfotonkällan vid rumstemperatur. Vanligtvis fungerar källor med jämförbar ljusstyrka endast vid mycket låga temperaturer, vilket är opraktiskt för att implementera på datorchips som vi skulle använda vid rumstemperatur, sa Vlad Shalaev, Bob och Anne Burnett framstående professor i elektro- och datateknik.

Nästa, forskarna kommer att anpassa detta system för on-chip-kretsar. Detta skulle innebära att man kopplar ihop den plasmoniska antennen med vågledare så att fotoner kan dirigeras till olika delar av chipet istället för att stråla i alla riktningar.