Salakuuntelu vaikeutuu tai sitten ei

Geneven yliopiston (UNIGE) ja ID Quantiquen tiimi on kehittänyt kvanttiavaimen jakeluun (QKD) entistä tehokkaampia yksittäisen fotonin ilmaisimia.

Nykyisien käytettävien yksifotonisten ilmaisimien rajoituksena on, että jokaisen havaitsemisen jälkeen ilmaisimien on palauduttava noin 30 nanosekuntia, mikä rajoittaa salaisten avainten suorituskyvyn noin 10 megabittiin sekunnissa.

UNIGE-tiimi, jota johtaa UNIGE:n apulaisprofessori Hugo Zbinden, on onnistunut ylittämään tämän rajan kehittämällä tehokkaamman ilmaisimen.

Nykyiset ilmaisimet perustuvat yhteen suprajohtavaan nanolankaan mutta nyt tutkijat rakensivat ilmaisimensa neljästoista aiempaa lyhyemmästä nanolangasta, jotka voivat tehdä havaintoja kaksikymmentä kertaa nopeammin kuin yksijohtiminen laite.

Näitä antureita käyttämällä tutkijat pystyivät luomaan salaisen avaimen nopeudella 64 megabittiä sekunnissa pitkin kymmenkilometristä valokaapelia. Tämä määrä on riittävän korkea turvatakseen esimerkiksi usean osallistujan videoneuvottelun.

Nämä tulokset avaavat uusia näkökulmia aiempaa turvallisemmalle tiedonsiirrolle, joka on ratkaisevan tärkeää pankeille, terveydenhuoltojärjestelmille, hallituksille ja armeijalle.

Optisen kuidun läpi etenevän valon tuottamat vaimenevat kentät voivat olla vuorovaikutuksessa kuitujen lähellä olevien pienten dielektristen hiukkasten kanssa. Ilmeisin vuorovaikutus on voima, joka syntyy intensiteettigradienteista, joka voi vetää hiukkasia kohti kuitua tai työntää niitä pois siitä.

Uudessa teoreettisessa tutkimuksessa Harvardin yliopiston Jinsheng Lu ja kollegat osoittavat, että valon aallonpituutta suuremmilla dielektrisillä hiukkasilla resonanssivuorovaikutus häipyvien kenttien kanssa voi aiheuttaa tällaisia epäsymmetrisiä voimia.

Lisäksi he havaitsevat, että nämä voimat voivat olla paljon vahvempia kuin alle aallonpituisten hiukkasten voimat.

Tutkijat pitivät halkaisijaltaan 2,7 µm optista kuitua 10,6 µm pallon vieressä, molemmat upotettuina veteen. Kuidussa he mallintavat kahta vastakkaisesti etenevää valoaaltoa eri polarisaatioilla. Näiden valoaaltojen häipyvät kentät voivat herättää mikropallossa "kuiskaava galleriamoodin" (WGM), jonka tarkka resonanssiaallonpituus vaihtelee kullekin polarisaatiosuunnalle.

Lu ja kollegat saavat mallistaan kattavan viitekehyksen selittääkseen, kuinka resonanssivuorovaikutus häipyvän kentän kanssa saa
mikropallon pyörimään, liikkumaan kuidun akselia pitkin tai jopa kiertämään kuidun ympäri.

He sanovat, että vaikutus voi johtaa uusiin tapoihin manipuloida optisesti mikroskooppisia esineitä lääketieteellisissä, tunnistus- tai nanotekniikan sovelluksissa.

Myös optisen tietoliikenteen salakuuntelua suunnittelevat tahot saattavat olla kiinnostuneita tällaisista ilmiöistä.

Aiheista aiemmin:

Laiteriippumatonta kvanttiavainten jakelua

Kvanttiturvallinen viestintä ilman avainten jakelua

Maanjäristyksen tunnistusta kvanttisalausverkolla