Достижения в области вычислительной техники вскоре сделают современные методы шифрования онлайн-данных уязвимыми для подслушивания. Распределение квантовых ключей обеспечивает непроницаемое шифрование, используя квантовые свойства света для генерации безопасных случайных ключей между пользователями для шифрования и дешифрования их онлайн-данных. Хотя распределение квантовых ключей совместимо с большинством волоконно-оптических сетей, для выполнения этого метода шифрования за пределами лаборатории необходимы более надежные и менее дорогие устройства.

В Оптика В журнале высокоэффективных исследований Оптического общества (OSA) исследователи сообщают, что безопасный обмен квантовыми ключами может быть осуществлен между двумя устройствами на базе чипов размером всего 6 х 2 миллиметра - потенциально по оптоволоконной сети с соединениями длиной до 200 километров.

"Устройства на базе чипов значительно снижают барьер для широкого внедрения квантово-защищенной связи, обеспечивая надежную платформу массового производства", - сказал руководитель исследовательской группы Генри Семененко из Университета Бристоля, Великобритания. "В будущем эти устройства станут частью стандартного подключения домашних хозяйств к Интернету, что обеспечит безопасность наших данных независимо от достижений в области вычислительной техники".

Уменьшение габаритов и энергопотребления

Новые устройства распределения квантовых ключей основаны на той же полупроводниковой технологии, что и в каждом смартфоне и компьютере. Вместо проводов для передачи электричества они содержат очень сложные схемы, которые управляют слабыми фотонными сигналами света, необходимыми для распределения квантовых ключей. Наноразмерные компоненты в чипах позволяют резко уменьшить размер и энергопотребление систем квантовой связи, сохраняя при этом высокую производительность, жизненно важную для современных сетей.

"Благодаря плотно упакованным оптическим компонентам наша платформа на базе чипов обеспечивает уровень точного управления и сложности, недостижимый при использовании альтернативных решений", - сказал Семененко. "Это позволит пользователям получать доступ к защищенной сети с помощью экономичного устройства того же размера, что и маршрутизаторы, которые мы используем сегодня для доступа в Интернет".

Исследователи разработали новую платформу, чтобы облегчить работу общегородских сетей и резко сократить количество соединений, необходимых между пользователями.

"Наша платформа позволяет отдельным пользователям подключаться к централизованному узлу, который обеспечивает безопасную связь с любым другим пользователем", - сказал Семененко. "По мере развития квантовых сетей централизованный узел будет предлагать важнейшую инфраструктуру, которая в конечном итоге будет поддерживать более сложные протоколы связи".

Демонстрация устройств

Исследователи продемонстрировали свои новые устройства на основе чипов с помощью эксперимента с доказательством принципа, в котором они эмулировали 200-километровую оптоволоконную сеть в лабораториях квантовой инженерии Университета Бристоля. Используя два независимых чиповых устройства, они показали, что частота ошибок и быстродействие сопоставимы с современными коммерческими компонентами.

"Мы показали, что эти устройства на основе чипов могут быть использованы для получения квантовых эффектов, даже когда фотоны генерировались разными устройствами", - сказал Семененко. "Это жизненно важно для квантовых сетей, где каждый пользователь будет управлять своими собственными устройствами, которые распределены по всему городу".

Исследователи планируют сделать систему более практичной, разработав аппаратное обеспечение для конкретных приложений. Затем они будут использовать волоконно-оптическую сеть, существующую вокруг города Бристоль, для создания демонстрационной городской сети с большим количеством пользователей.