保持長距離安全通信的量子系統

(圖片來源於: ITMO 大學)

引言

信息安全變得越來越重要，不僅對於大型公司，銀行和軍工企業，而且對於小型企業和個人也是一樣。然而，我們目前使用的保護數據安全的演算法是不完美的，從長期來看，他們的邏輯可以被破解。不管演算法有多複雜，破解它只是時間的問題。

使用量子物理的基本法則，保護數據信息的系統，與演算法加密相反，可以讓數據傳輸對於未來的駭客攻擊，完全免疫。在量子通道下的由單量子攜帶的信息，一旦一個偷聽者嘗試攔截他們，信息將不可逆轉的改變。這樣一來，合法的用戶將立即知道是什麼在侵入。

俄羅斯聖彼得堡ITMO大學的一組科學家，最近開發了一種新型的構建加密數據交換的量子通信系統的方法。這個設備能夠在250千米或者更遠的距離下傳輸單光子量子信號，並且其他的前沿標準一致。研究發表在最近的光學期刊雜誌上。

ITMO大學光子學和光信息技術國際研究所量子信息中心的研究人員，和愛丁堡赫瑞瓦特大學的研究人員一起發明了一種新的途徑，有效的生成和發布量子比特。這是首個俄羅斯研發的系統，可以和現有的類似的系統競爭，並且通過光纖，在250千米的距離中，分享量子信號。

（圖片來源於：Greg Hren）

「為了傳輸量子信號，我們使用邊頻，」Artur Gleim，ITMO大學量子信息中心的頭說道，「這個獨一無二的策略給了我們一組數量上的優勢，例如相當程度上簡化了設備的架構和量子信道的傳遞能力。在比特率和操作距離方面，我們的系統是量子通信領域絕對的冠軍。」

通過光纖信道穩定傳輸量子信號的最大可能性，是用儀器後續集成量子密鑰分發系統，能夠用來加密有用的數據。

根據赫瑞瓦特大學量子和光子科學研究所，助理研究員Robert Collins的說法，這個工作變成了整個量子通信和密碼領域的一個很大的轉折點，這個新策略能夠使得在一個光纖下不同波長的大量數據流變得平滑。在這個頂部，這些數據流可以伴隨著傳統的通信方式進入現有的光纖線中。

為了編碼系統中的量子比特，激光輻射被導入一個特殊的設備，叫做電光相位調製器。在這個調製器內部，中央載波通過激光激發，被拆分為幾個獨立的波段。在信號通過線纜傳輸以後，同樣的拆分在接收器端發生。依賴於通過發射器和接收器產生的相對相位偏移，波或者相互增強或者相互抵消。這個模式通過波的相位疊加產生，然後轉化為二進位位1或者0的結合，用來編譯量子密鑰。

重要的是，科學家完成了系統中信號的相對相位偏移。「所有的波，當通過光纖時候，發生著隨機變化，」量子信息中心的一位研究人員Oleg Bannik解釋到，「但是這些變化通常是完全一致的，並且通過接收機的調製器額外的運行。最後，接收器和發送器一樣觀察到結合。」

現在，研究人員正在創建一個成熟的量子加密系統，可以產生和發布量子密鑰，並且同步的傳輸有用的數據。

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