Quantum-key lucht-tot-grondtransmissie zou de toekomst van cryptografie kunnen zijn

Anonim

Quantum-key lucht-tot-grondtransmissie zou de toekomst van cryptografie kunnen zijn

telecommunicatie

Adam Williams

9 mei 2013

4 afbeeldingen

Het onderzoek vond plaats in het Duitse Aerospace Center (Photo: DLR)

Voor het eerst hebben kwantumcryptografen met succes een kwantumsleutel uit een snelbewegend voorwerp overgebracht - een Dornier 228-turboprop. Het experiment omvatte het verzenden van een beveiligde boodschap van het vliegtuig naar een grondstation via een laserstraal en kan worden beschouwd als een belangrijke stap in de richting van het creëren van een netwerk van "onbreekbare" satellietgegevensoverdrachten.

Kwantum sleutelverdeling

Quantum Key Distribution (QKD) maakt gebruik van de wetten van de kwantummechanica om een ​​methode voor sleuteluitwisseling mogelijk te maken, die meestal als absoluut veilig wordt beschouwd tegen afluisteren - tenminste als deze correct wordt geïmplementeerd. Hoewel deze overtuiging misschien onachtzaam lijkt, vloeit dit vertrouwen voort uit de wetenschap dat een correct geconfigureerd QKD-systeem detecteerbare signalen vertoont als een derde probeert de communicatie te controleren of te verstoren.

Een QKD-systeem biedt ook verbeterde beveiliging in vergelijking met niet-kwantumversleuteling als gevolg van quantumbits (of quibits). Quibits zijn een ingewikkeld onderwerp op zichzelf, maar simpel gezegd, terwijl een standaard binair bit alleen in een toestand van 0 of 1 kan zijn, kan een quibit 0, 1, of zelfs graden van beide zijn, in een proces dat bekend staat als quantum superpositie.

Tot dusverre hebben de meeste experimenten met betrekking tot QKD zich geconcentreerd op het gebruik van telecomvezelkanalen of een directe gezichtslijn over korte afstanden en statische posities. Hierin ligt de crux van het nieuwe onderzoek: onderzoekers van het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (DLR), die in samenwerking met Ludwig-Maximilians-Universität in München werken, hebben de bestaande QKD-technologie overgenomen en dichter bij het verlaten van de grenzen van de wetenschappelijke laboratoria gebracht. een praktische toepassing in de echte wereld.

Toen Bob Alice ontmoette

In een poging om het soort condities te benaderen dat zou moeten worden overwonnen bij het creëren van een op satellieten gebaseerd QKD-systeem, hebben de DLR-wetenschappers een DLR Dornier Do 228-212-onderzoeksvliegtuig belast met een laserstraal met QKD in het midden van de vlucht. Dit vereiste een indrukwekkende nauwkeurigheid en compenseerde ook de trillingen en bewegingen die een vlucht onvermijdelijk veroorzaakt.

In het vliegtuig werd een lasersysteem met de naam "Alice" en alle andere bijbehorende apparatuur bovenop een 500 x 800 mm (19 x 31 in) optische bank gemonteerd, die zelf op de stoelrails van het vliegtuig werd geschud. Alice nam aanvankelijk contact op met het grondstation - "Bob" - via GPS. Hierna hielden ze elkaar bij met een ultrahoge frequentie (UHF) telemetrieverbinding met lage snelheid.

Vanaf hier werd de quantumsleutel via laser verzonden - hoewel zelfs deze stap bepaalde uitdagingen met zich meebracht. In klassieke vrije-ruimtecommunicatie zou een grote afstand gewoonlijk eenvoudigweg vereisen dat de wetenschappers "het sap opdraaien", maar de intensiteit van de QKD-straal moest op het niveau van één foton liggen. Daarom was de straal, om een ​​stabiele verbinding te garanderen, versmald tot slechts 3, 4 meter (11 voet) diameter, op een afstand van 20 km (12 mijl). Het BB84-protocol voor quantumcryptografie werd vervolgens naar behoren verzonden en ontvangen.

"We wisten niet hoe goed dit zou werken, het was nog nooit eerder gedaan, " zei Florian Moll van het DLR Institute of Communications and Navigation. "Het was geweldig om te ervaren. "

Nadat de onderzoekers de mogelijkheid hebben bewezen om een ​​kwantumsleutel vanuit een snel bewegend voorwerp via laser te verzenden, zijn ze van plan om de technologie toe te passen om een ​​werkbaar systeem van QKD-satelliettransmissie te produceren.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Photonics.

Bron: DLR

Een DLR Dornier Do 228-212 onderzoeksvliegtuig werd gebruikt in het onderzoek (Foto: DLR)

In het vliegtuig werd een lasersysteem met de naam "Alice" en alle bijbehorende apparatuur geïnstalleerd bovenop een 500 x 800 mm (19 x 31 inch) optische bank (Photo: DLR)

Het onderzoek vond plaats in het Duitse Aerospace Center (Photo: DLR)

Quantum Key Distribution (QKD) wordt vaak als absoluut veilig beschouwd tegen afluisteren (Foto: DLR)