Британские ученые сделали крупное достижение в квантовом шифровании

Британские ученые, работая над одиночным фотоэмиссионным диодом, сделали крупное достижение в квантовом шифровании, разработав технологию кодирования, которая является теоретически невзламываемой.

Исследователи из Кембриджского Университета и Тошиба обнаружили путь соединяющий нано-технологии полупроводника в светоизлучающий диод, так что они могут вызывать эмиссию одиночных фотонов в регулируемые времена.

Это важно потому, что защита оптического квантового шифрования полагается на посылку одиночного фотона, несущего цифровую информацию между двумя сторонами, меняющими закодированную информацию.

Законы квантовой физики диктуют, что устройства перехвата сообщений не могут измерять свойства одиночного фотона без риска изменения его свойств. Это означает, что законный получатель сообщения может проверять, было ли оно прервано или изменено хакером в процессе передачи.

В отличие от методов, основанных на кодах, ключи, сформированные квантовым шифрованием, в принципе, могут быть полностью невзламываемы.

До сих пор квантовое шифрование не было отказоустойчиво, потому что обычные светодиоды и лазеры иногда(неизбежно) производят два или больше фотона, которые позволяют хакеру определять части ключа без обнаружения. Таким образом, одиночный светоизлучающий фотон критический к обеспечению безоговорочной защиты квантового шифрования.

" Одиночные фотоны подобны волшебным маркерам в молекулярной биологии, в этом, законы квантовой механики приводят к некоторой неудаче любой попытки прервать информацию, " сказал Профессор Майкл Пеппер, исполнительный директор Научно-исследовательской лаборатории Кембриджа.

Хотя производство одиночного светоизлучающего фотона относительно дешево, все еще существуют барьеры, которые будут решены в развитии квантовых систем шифрования. Одиночный светоизлучающий фотон работает только при низких температурах, и эффекты ослабления на оптические кабелях подразумевают, что расстояния, по которым данные могут быть обменены квантовыми криптографическими методами, ограничены.

Имеется объяснение Тошибы относительно того, как технология работает:

" В основе одиночного фотоэмиссионного диода находится крошечный объем полупроводника, называемый квантовой точкой. Квантовая точка, которая имеет размеры примерно 15 нм в диаметре и 5 нм в высоту, является настолько маленькой, что может фиксировать единственные два электрона и две дырки из поданного импульса.

Рекомбинация одиночного электрона и одиночной дырки в квантовой точке приводит к эмиссии одиночного фотона. Мы управляем уровнем поданных текущих импульсов так, чтобы точечный сбор данных в среднем был равен одному электрону и одной дырке, таким образом, производя один фотон в импульс.

Если квантовая точка случайно фиксирует две электрон-дырочные пары, то она испустит два фотона.

Однако, так как дополнительный фотон испускается в отличной длине волны, мы можем блокировать его, используя фильтр. Таким образом, в этом режиме работы, мы можем гарантировать, что только один фотон испускается в поданный текущий импульс."