Un científico de información cuántica de la Universidad Nacional de Singapur NUS ha desarrollado "cajas de herramientas" eficientes que comprenden herramientas teóricas y protocolos para cuantificar la seguridad de la comunicación cuántica de alta velocidad. El Profesor Asistente Charles Lim es parte de un equipo internacional de investigación experimental ycientíficos teóricos de la Universidad de Duke, la Universidad Estatal de Ohio y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge que recientemente han logrado un avance significativo en la comunicación cuántica segura de alta velocidad.
Las computadoras cuánticas son máquinas poderosas que pueden romper las tecnologías de cifrado más frecuentes en minutos. De manera crucial, el progreso reciente en la computación cuántica ha indicado que esta amenaza ya no es teórica sino real, y las computadoras cuánticas a gran escala se están convirtiendo en realidad.implementadas con éxito, estas computadoras podrían explotarse para descifrar los secretos comerciales, la comunicación confidencial y los datos confidenciales de cualquier organización de forma retrospectiva o remota.
La distribución de claves cuánticas QKD es una tecnología cuántica emergente que permite el establecimiento de claves secretas entre dos o más partes en una red no confiable. Es importante destacar que, a diferencia de las técnicas de cifrado convencionales, la seguridad de QKD es matemáticamente irrompible: se basa únicamentesobre las leyes establecidas de la naturaleza. Como tal, los mensajes y datos encriptados usando claves QKD son completamente seguros contra cualquier ataque en el canal de comunicación. Por esta razón, QKD es ampliamente visto como la solución que resolverá completamente las amenazas de seguridad planteadas por el futuro cuántico.ordenadores.
Hoy, la tecnología QKD es relativamente madura y ahora hay varias compañías que venden sistemas QKD. Muy recientemente, investigadores de China han logrado distribuir llaves QKD a dos estaciones terrestres ubicadas a 1200 kilómetros de distancia. Sin embargo, a pesar de estos importantes desarrollos y avances, prácticoLos sistemas QKD aún enfrentan algunas limitaciones inherentes. Una limitación importante es el rendimiento de la clave secreta: los sistemas QKD actuales solo pueden transmitir de 10,000 a 100,000 bits secretos por segundo. Esta limitación se debe en gran medida a la elección de la base de información cuántica: muchos sistemas QKDtodavía usan la base de información de baja dimensión, como la base de polarización, para codificar información cuántica.
"Las tasas de claves secretas pobres que surgen de las implementaciones actuales de QKD han sido un importante cuello de botella que afecta el uso de la comunicación cuántica segura en una escala más amplia. Para aplicaciones prácticas, tales sistemas deben ser capaces de generar tasas de claves secretas del orden de megabits porsegundo para cumplir con los requisitos actuales de comunicación digital ", dijo Asst Prof Lim, quien es del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de NUS, así como del Centro de Tecnologías Cuánticas de NUS.
En el estudio, el equipo de investigación desarrolló un sistema QKD basado en bases de tiempo y fase que permite empaquetar más bits secretos en un solo fotón. En particular, el equipo había logrado dos bits secretos en un solo fotón, con un secretotasa clave de 26.2 megabits por segundo.
Los hallazgos del estudio se publicaron en línea en una revista científica Avances científicos el 24 de noviembre de 2017.
codificación de bin de tiempo
La codificación de información cuántica en las bases de tiempo y fase es un enfoque prometedor que es muy robusto frente a las perturbaciones típicas del canal óptico y, sin embargo, escalable en la dimensión de la información. En este enfoque, los bits secretos se codifican en el tiempo de llegada de fotones individuales, mientras que elLos estados de fase complementarios, para medir las fugas de información, se codifican en las fases relativas de los estados de tiempo. Esta técnica de codificación, en principio, podría permitir a uno empacar arbitrariamente muchos bits en un solo fotón y generar velocidades de clave secreta extremadamente altas para QKDSin embargo, implementar tales sistemas de alta dimensión es técnicamente desafiante y las herramientas para cuantificar la seguridad práctica de QKD de alta dimensión son limitadas.
Para superar estos problemas para su sistema QKD, los investigadores utilizaron una combinación novedosa de técnicas a prueba de seguridad desarrolladas por Asst Prof Lim y una técnica de interferometría por el grupo de investigación del profesor Daniel Gauthier de Duke University y Ohio State University. Asst Prof Lim participó enel diseño del protocolo del sistema QKD, así como probar la seguridad del protocolo utilizando la teoría de la información cuántica.
"Nuestras técnicas teóricas y experimentales recientemente desarrolladas han resuelto algunos de los principales desafíos para los sistemas QKD de alta dimensión basados en la codificación de intervalos de tiempo, y pueden utilizarse potencialmente para el cifrado de imágenes y videos, así como la transferencia de datos que implican grandes bases de datos cifradas"Esto ayudará a allanar el camino para el procesamiento de información cuántica de alta dimensión", agregó Asst Prof Lim, quien es uno de los autores corresponsales del estudio.
Próximos pasos
En el futuro, el equipo explorará formas de generar más bits en un solo fotón utilizando la codificación de intervalo de tiempo. Esto ayudará a avanzar en el desarrollo de sistemas QKD comercialmente viables para una comunicación cuántica de velocidad ultra alta.
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Materiales proporcionado por Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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