Todella turvallista tiedonsiirtoa

Quantum Secure Direct Communication (QSDC) on eräs kvanttiviestinnän haara, joka realisoi turvallisen tiedonsiirron ilman erillistä salausta ja salauksen purkamista.

Nykyisin kehittyneimmät kvanttisalatut viestintäjärjestelmät perustuvat kvantti-avainten jakeluun. Niissä kvanttifunktio rajoittuu salausavaimen luomiseen ja lähettämiseen, kun taas tiedonsiirto tapahtuu edelleen klassisella viestintätekniikalla.

Kvanttiturvatun avaintenjakelun lisäksi kvanttimekaniikan periaatteiden hyödyntämistä kvanttikommunikaatiossa on tutkittu muun muassa kvanttiteleportaation ja kvanttiturvan jakamisen menetelmillä.

Pisimmälle vietynä aihetta edustaa kvanttiturvallinen suoraviestintä (QSDC). Ensimmäisen teoreettisen lomittumiseen perustuvan QSDC-protokollan ehdotti vuonna 2000 professori Long Tsinghuan yliopistossa Kiinasta.

Nyt professori Zhangin ryhmä Tsinghuan yliopistosta ja professori Sheng Nanjing Universitystä toteuttivat ensimmäisen QSDC-kokeilun, joka perustui kuituoptisiin teknologioihin, jossa kahta 500 metrin pituista optista kuitua käytetään kvanttikanavina.

Järjestelmässään he demonstroivat onnistuneesti kahta keskeistä lomittumisperustaisen QSDC:n toimintoa eli turvatarkastusta polarisaation lomittumisen mittauksella sekä koodaus/ekoodaus prosesseja, jotka perustuvat polarisaatiolomittuneiden Bell-tilojen manipulointiin ja mittauksiin.

Tässä työssä kvanttivalolähde jakaa kaksi fotonia pariksi. Sitten lomittuneet fotoniparit tallennetaan dispersiosiirretystä kuidusta muodostuviin kvanttimuisteihin. Kvanttikanavan turvatarkastuksen jälkeen tieto koodataan fotoniparien polarisaatioihin. Sitten fotonit siirretään 500 metrin matkan optisissa kuiduissa. Informaation dekoodauksen käytetään Bell-tilan mittausta.

Tutkijat analysoivat kokeilemansa QSDC-järjestelmän suorituskykyä teoreettisesti ja osoittivat, että tällainen QSDC voi toimia kuituyhteydellä jopa useita kymmeniä kilometrejä.