Lomittuminen tarjoaa turvaa

Ryhmä kiinalaisia tiedemiehiä on teleportannut lomittuneita fotoneita lähes sadan kilometrin etäisyydelle. Siirto tehtiin erään järven yli 4000 metrin korkeudessa. Tarkan säteen ohjauksen avulla he pystyivät siirtämään 1100 fotonia neljän tunnin aikana 97 kilometrin päähän.

Alan tiedemiehillä on tavoitteena kvanttikryptografinen tiedonsiirto. Kyky teleportata fotoneja yli sadan kilometrin matkan ilmateitse ennakoi satelliitteihin perustuvaa tehokkaasti salattua tiedonsiirtoa.

Jo helmikuussa 2009 Wienin yliopiston tutkijat onnistuivat lomittumiseen perustuvalla kvanttiavaimen jakelussa (QKD) kahdella 144 kilometrin pituisella linkillä. Toinen linkki oli ilmatie Kanarian saarilla La Palman ja Teneriffan välillä ja toinen saman vaimennuksen tuottava kuuden kilometrin pituinen valokuitulinkki.

Eri vaihtoehdoilla tutkijoilla oli käytettävissä kvanttikanavan vaimennuksina 35, 58 ja 71 desibeliä. Ne ylittävät aiemmin käytetyn heikkennetyn laserpulssitekniikan (WCP) mahdollisuudet ja osoittivat Wienin tutkijoiden käyttämän menetelmän mahdollisuudet jopa 300 kilometrisiin linkkeihin.

Quantum key distribution (QKD) eli salausavaimen jako kvanttitekniikkaa hyödyntäen perustuu jo 1970 ja -80 luvulla luotuihin ideoihin ja protokolliin. Oleellista on että kaksi salatun yhteyden käyttäjää voi heti havaita jos kolmas osapuoli yrittää salakuunnella yhteyttä koska mittaus häiritsee kvanttijärjestelmää eikä tuntematonta kvanttitilaa voi kopioida.

QKD-linkkien siirtonopeudet ovat sen verran pieniä, että sitä käytetään vain avainten jakeluun ja varsinainen tiedonsiirto tapahtuu normaalilla verkkoyhteydellä. Kun avain vaihdetaan vaikkapa kerran sekunnissa on salakuuntelijan onnistumisen mahdollisuudet varsin mitättömät.

QKD-tekniikka on jo käytössä monissa maissa ja sitä tarjoaa varsin moni kaupallinen yritys. Käytännön tuotteilla saavutetaan jo lähes megabitin siirtonopeuksia sekunnissa noin 50 kilometrin kuituyhteyksillä. Kokeellisesti on kuidussa saavutettu jo reilusti yli sadan kilometrin avaimenjakoyhteyksiä.

Äskettäin Geneven yliopiston Group Applied Physics (GAP) -ryhmä fotonien lomittamisen pioneeri Nicolas Gisini ja tutkija Mikael Afzelius sekä heidän ryhmänsä ovat onnistuneet tuottamaan lomittumisen kahdelle makroskooppisen kiteelle.

Monimutkaisen laitteiston avulla tutkijat onnistuivat viipaloiman yhden fotonihiukkasen kahteen osaan, jotka käyttäytyvät ikään kuin ne olisivat yksi. Puolikkaat lähetettiin sitten eri kiteisiin, jossa ne aikaansaivat kiteiden neodyymihilojen lomittumisen.

Kiteiden lomittuminen myötä voimme kuvitella kvanttitoistinlaitteiden keksimisen kertoo Nicolas Gisin yliopistonsa tiedotteessa. Sellaisilla laitteilla voisimme välittää lomittumisen pitkienkin matkojen yli.