Kvanttikryptausta kaupunkiolosuhteissa

Jokin aika sitten kiinalaiset onnistuivat siirtämään muutamia kvanttilomittuneita fotonikubitteja satelliitin ja maa-aseman välillä ja aivan äskettäin myös veden alla muutaman metrin verran.

Nyt Ottawan yliopiston tutkijat ovat lähettäneet kvanttiturvallisen viestin, joka sisältää enemmän kuin yhden bitin fotonia kohden ilmateitse tavallisissa kaupunkiolosuhteissa.

Kvanttisalauksessa käytetään fotoneja koodaamaan tietoja kvanttibittien muodossa. Yksinkertaisimmassa muodossaan, joka tunnetaan 2D-salauksena, jokainen fotoni koodaa yhtä bittiä. Tieteellisesti on myös osoitettu, että yksi fotoni voi koodata enemmänkin informaatiota.

Enemmän koodaavaa salausmenetelmää kutsutaan nimellä 4D, koska jokainen fotoni koodaa kaksi bittiä informaatiota, joka tarjoaa neljä mahdollisuutta 01, 10, 00 tai 11. Kuitenkin esimerkiksi yhden aakkosen koodaamiseen tarvitaan kahdeksan bittiä.

Tutkijat osoittivat 4D-kvantti kryptausta ilmatilan optisella yhteydellä, joka ulottuu kahden 0,3 kilometrin etäisyydellä olevan kohteen välillä.

Sen lisäksi, että 4D siirtää enemmän informaatiota per fotoni, se myös sietää enemmän signaalihäiriöistä kohinaa ennen kuin lähetys tulee epävarmaksi. Kohina voi syntyä erityisesti ilman turbulenteista tai laitehäiriöistä tai jopa yrityksestä salakuunnella dataa.

Vaikka langallista ja vapaan tilan kvanttikryptausta on otettu käyttöön joissakin paikallisissa verkoissa, sen toteuttaminen maailmanlaajuisesti edellyttää siirtoa maanpäällisten asemien ja satelliittipohjaisten kvanttiviestintäverkkojen välillä.

Horisontaalisilla testeillä ilman kautta voidaan simuloida lähetyssignaaleja satelliiteille, ja noin kolme vaakakilometriä on suunnilleen yhtä suuri kuin signaalin lähettäminen maapallon ilmakehän läpi satelliittiin.

Tutkinnassa tutkijat toivat laboratorion optiset kokoonpanot kahdelle eri rakennuksen katolle. Useiden kokeilun ja virheiden jälkeen ne lähettivät onnistuneesti 4D-kvanttitekniikalla suojattuja viestejä ilmalinkkiään pitkin. Viestien virhetaso oli 11 prosenttia, eli alle 19 prosentin kynnyksen, joka tarvitaan suojatun yhteyden ylläpitämiseen.

Yksi ilmatilan kokeiluun liittyvistä ongelmista liittyy ilman turbulensseihin, jotka vääristävät optista signaalia. Seuraavana askeleena tutkijat aikovat toteuttaa järjestelmänsä verkkoon, joka sisältää kolme linkkiä, jotka ovat noin 5,6 kilometrin etäisyydellä ja käyttävät tekniikkaa, jota kutsutaan mukautuvaksi optiikaksi kompensoimaan turbulenssia.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttipohjainen tiedonsiirto tehostuu

Tutkijat teleportanneet valohiukkasia kilometreittäin

Entistä tehokkaampaa tiedonsiirtoa