Исследование команды, опубликованное в журнале Physical Review Letters вместе с аналогичной работой группы из Хэфэя, Китай, также устраняет большое препятствие на пути к реализации будущих приложений квантовой связи, включая полностью функциональную квантовую сеть.«Я надеюсь, что наша новая система квантового распределения ключей (QKD) покажет людям, серьезно относящимся к безопасности, что QKD имеет много преимуществ и является жизнеспособным подходом к защите секретной информации», — говорит Вольфганг Титтель, профессор физики и астрономии и Alberta Innovates Technology. Кафедра стратегических исследований Futures в области квантовой защищенной коммуникации.Соавторами Титтела по научной работе являются его тогдашние аспиранты Джошуа Слейтер, Филип Чан и Итцель Лучио-Мартинес, а также студентка магистратуры Эллисон Рубенок.
Как работает связь, защищенная QKDСети связи, защищенные QKD — в банковском деле, здравоохранении, правительстве и других секторах — будут намного более безопасными, чем сети, которые в настоящее время защищены за счет шифрования секретной информации с помощью математических алгоритмов, которые в конечном итоге могут быть раскрыты или «взломаны» и раскрыты секреты, Tittel говорит.
При обмене данными, защищенными QKD, две стороны обмениваются фотонами (отдельными квантовыми частицами света) для создания общего случайного секретного ключа, известного только им, который может использоваться для шифрования и дешифрования сообщений.В соответствии с фундаментальными принципами квантовой механики, перехватчик, пытающийся узнать секретный ключ, неизбежно изменит его, тем самым предупредив общающиеся стороны о вторжении. В этом случае ключ будет отброшен.
И наоборот, если ключ не был поврежден во время распространения, он не известен перехватчику и может быть использован для шифрования.Исследования выявляют уязвимость
Однако недавнее исследование показало, что «действительно существует опасность» того, что перехватчик направит лазерный луч в оптоволоконный кабель, используемый взаимодействующими сторонами, создаст помехи их детекторам фотонов и сделает передачу ключей незащищенной, без их ведома, говорит Титтель.Чтобы преодолеть эту уязвимость, команда Университета Калгари внедрила недавно обнаруженный новый протокол QKD, в котором две взаимодействующие стороны отправляют свои фотоны «посреднику», который выполняет совместное измерение двух фотонов. Это говорит ему, только если у двух сторон один и тот же ключ, но не предоставляет никакой информации о самом ключе.
Таким образом, даже если перехватчик попытается атаковать систему через сторонние детекторы фотонов, распределение ключей либо останется безопасным, либо система предупредит стороны о злоумышленнике, чтобы они не использовали этот конкретный ключ, — говорит Титтель.Новый протокол позволяет передавать на большее расстояние
Более того, возможность совместного измерения двух фотонов, посылаемых взаимодействующими сторонами, является «важным шагом» на пути к созданию «квантового повторителя», технологии, которая обеспечит передачу в сети с защитой QKD на расстояния, превышающие максимально возможные сейчас 200 километров, он отмечает.Команда университета успешно протестировала свою новую систему QKD с помощью оптоволоконного кабеля, соединяющего университетский городок больницы Футхиллс и политехнического института SAIT с главным кампусом университета, а также проложила более 100 километров кабеля в лаборатории.«Возможность реализовать этот новый протокол окажет большое влияние», — прогнозирует Титтел. «Я считаю, что это следующее поколение связи с QKD-безопасностью».
Основную финансовую поддержку исследования оказали Alberta Innovates Technology Futures и Совет по естественным и инженерным исследованиям Канады.