Banker och statliga myndigheter investerar redan mycket i kvantkryptering som är beroende av laserstrålar. Men laserstrålar släpper ofta flera fotoner samtidigt eller inga alls. Ett team vid Hebrew University utvecklade ett system som använder fluorescerande kristaller. En laserstråle lyste mot dessa kvantpunkter får dem att fluorescera och sända ut en ström av enstaka fotoner.

Kvantdatorer kommer att revolutionera våra datorliv. För vissa kritiska uppgifter kommer de att vara förbluffande snabbare och använda mycket mindre el än dagens datorer. Men, och här är de dåliga nyheterna, kommer dessa datorer att kunna knäcka de flesta av de krypteringskoder som för närvarande används för att skydda våra data, vilket gör vår bank- och säkerhetsinformation sårbar för attacker. För närvarande är det mesta av datorsäkerhet beroende av matematiska manipulationer som för närvarande garanterar en mycket hög säkerhetsnivå – det skulle ta en vanlig dator miljarder år att bryta en av dessa koder. Men i vår kvantframtid kommer nya krypteringsmetoder som bygger på fysikens lagar snarare än matematiska ekvationer att behöva utvecklas.

Ett fruktbart tillvägagångssätt är att använda kvantegenskaperna hos enskilda fotoner (ljuspartiklar) för att säkert kryptera ett meddelande så att varje försök att hacka det omedelbart kan upptäckas av både avsändaren och mottagaren. Men att få en lämplig källa för enstaka fotoner har varit en enorm utmaning. Nu, ett team av forskare, ledda av professor Ronen Rapaport och Dr. Hamza Abudayyeh från Racah Institute of Physics vid Hebrew University of Jerusalem (HU), tillsammans med professor Monika Fleischer, Annika Mildner och andra vid universitetet i Tübingen i Tyskland , har fått ett betydande genombrott. Deras resultat för oss närmare en enkel och effektiv metod för kvantkryptering och publicerades i den senaste utgåvan av ACS Nano .

Banker och statliga myndigheter investerar redan mycket i kvantkryptering som är beroende av laserstrålar. Men laserstrålar släpper ofta flera fotoner samtidigt eller inga alls. Vad som behövs för optimal säkerhet är en källa som kan avge en snabb men stadig ström av enstaka fotoner – i en riktning och vid rumstemperatur.

Teamet vid HU utvecklade ett system som använder fluorescerande kristaller i form av fläckar så små att speciella mikroskop behövs för att se dem. Känd som kvantprickar, varje prick mäter mycket mindre än en tusendel av bredden på ett människohår. En laserstråle som lyste mot kvantpunkten gör att den fluorescerar och sänder ut en ström av enstaka fotoner.

Dessa kvantprickar är individuellt monterade på gyllene knappnålshuvuden – förutom att det förstås är ett nano-nålshuvud, eller nanokon, nästan en hundra tusendel av storleken på ett vanligt nålhuvud. Nanokoner kan öka kvantpunktemissionen av fotoner 20 gånger. Denna ström av fotoner skjuts sedan av i en enda riktning av ett "Bragg-gitter" som fungerar som en typ av antenn.

HU-Tübingen-enheten är inte bara användbar för kvantkryptering, utan i andra situationer som förlitar sig på kvantbitar för att koda information, såsom kvantberäkning. "För närvarande har vi en bra prototyp som har potential för kommersialisering inom en snar framtid", delade Ronen Rapaport.

Fördelen med kvantkryptografi ligger i dess fysiska determinism. "Vetenskapens lagar kan inte brytas – en enda foton kan inte delas, hur mycket man än försöker. Matematisk komplexitet kan vara mycket svår att lösa, men de är sårbara för attacker och intrång till skillnad från kvantbaserade säkerhetssystem", förklarade Hamza Abudayyeh . Teamet förbättrar för närvarande sin enhet så att den kan ge en ännu mer pålitlig och effektiv ström av enstaka fotoner som kan användas i ett brett spektrum av kvantteknologier. + Utforska vidare

Fysiker beskriver fotonernas egenskaper för att skydda framtida kvantberäkningar