新型激光技术让超快超安全的量子加密系统成为可能
来源 : 科学之家   浏览 : [ ]

图片说明:图为不可区分的光子穿过分束器的同一输出端口。


近日,英国剑桥大学(the University of Cambridge)和东芝欧洲研究所(Toshiba Research Europe)的研究人员在Nature Photonics上发表研究,称已开发出了一种新方法,可克服量子加密系统应用的一个主要问题。他们通过将一条激光束发出的光子"注入"另一条激光束中,证实了密钥的传输速度可高达此前的2至6倍。

在现代生活中,数据加密必不可少,这能令敏感信息安全共享。传统加密技术中,一条信息的发送者和接收者会预先决定密码或密钥是什么,而唯有知道密码的人才能解密这条信息。然而,随着计算机的运行速度越来越快,功能也越来越强大,密码也越来越容易破解。

量子加密术则通过将信息隐藏在激光发出的光子中,并使用量子力学随机生成密钥,从而保证了设置的密码牢不可破。信息的发送者会通过发送极化光子通往四面八方,从而发送密钥;信息的接收者则会使用光子探测器来测量出光子极化的方向,然后光子探测器会将光子译为比特(bit,信息度量单位)单位,如果接收者按照正确的顺序使用了正确的光子探测器,他就会获得密钥。

然而,科研人员将量子加密术发展为一个可用系统时出现了问题。事实上,针对这一系统中不同元件的黑客行为层出不穷,而随之而来的是对这些黑客行为的应对措施,如此反复。受到黑客袭击最频繁的系统元件是光子探测器,由于光子探测器高度灵敏,设计复杂,所以通常这个元件最为复杂,也最为脆弱。为此,此前的研究人员研发了一种新的量子加密协议法,即测量设备无关量子密钥分配方案(MDI-QKD)。这一方法中并未用到量子探测器,信息的发送者和接收者将其拥有的光子发送至一个中心节点,这个中心节点会让光子通过分束器,然后开始测量这两种光子。测量结果会显示两个光子对应比特单位间的相关性,但不会显示出其中的重要价值,隐藏的信息依然保密。

MDI-QKD法经实验证实可行,但由于信息传输的速度太慢,而且来自不同激光中的光子无法实现别无二致,所以无法应用到实际生活中。为保证可行性,穿过中心节点的激光脉冲长度相对要很长,这就限制了信息传输的速度只有每秒几百比特甚至更慢。

而在最新的方法中,研究人员解决了这一问题。他们采用了一项名为脉冲激光注入(pulsed laser seeding)的技术,其中一条激光束会将发射的光子注入另一条激光束中。这样一来,激光脉冲中的"时间抖动"量会减少,激光脉冲更为中心节点可见,因此更短的脉冲也会得到使用。此外,脉冲激光注入技术还能以非常快的速度随机改变激光束的相位。在MDI-QKD法中,使用脉冲激光注入技术就可以保证信息传输的速度高达每秒1百万比特,即是单独使用MDI-QKD法时的2到6倍。

小编有话说:道高一尺,魔高一丈,技术高超的计算机黑客们会不会找出此方法的突破口呢?

Pic Credit: Lucian Comandar
Journal Reference:
1. L. C. Comandar, M. Lucamarini, B. Fröhlich, J. F. Dynes, A. W. Sharpe, S. W.-B. Tam, Z. L. Yuan, R. V. Penty, A. J. Shields. Quantum key distribution without detector vulnerabilities using optically seeded lasers. Nature Photonics, 2016; DOI: 10.1038/nphoton.2016.50
文章来源: https://www.sciencedaily.com/releases/2016/04/160405105828.htm
点击收藏

版权声明

 
本站所有注明"来源:科学之家"的文字、图片和音视频资料,版权均属于科学之家所有,任何网站、媒体或个人禁止转载,如需合作请联系QQ:1002833710。

文章评论

 

热门文章

 
x 关闭
打开微信"扫一扫",打开网页后点击屏幕右上角分享按钮
x 关闭
右键图片另存为下载到本地
分享到微博
自然科学 健康医药 环境生物 社会人文 科研干货