Toshiba e la Tohoku Medical Megabank Organization presso la Tohoku University hanno applicato con successo tecnologie di comunicazione crittografica quantistica ad alta velocità sviluppate presso Toshiba e il Cambridge Research Laboratory di Toshiba Research Europe per ottenere la prima comunicazione di crittografia quantistica al mondo a velocità di distribuzione delle chiavi medie di un mese superiori a 10 Mbps su linee in fibra ottica installate.

Le società hanno realizzato un'applicazione per la trasmissione dei dati tramite linee in fibra ottica, che, se combinato con le tecnologie di comunicazione di crittografia quantistica ad alta velocità, ha dimostrato velocità pratiche di distribuzione delle chiavi anche in un ambiente reale. Le società hanno inoltre costruito e gestito una rete di sensori wireless che monitora continuamente le linee in fibra ottica installate, e ha chiarito le relazioni tra i cambiamenti caratteristici della fibra ottica dovuti alle variazioni meteorologiche durante tutto l'anno, vibrazione, e altri fattori e le caratteristiche prestazionali delle comunicazioni crittografiche quantistiche. Questo è un progresso significativo verso l'applicazione pratica delle comunicazioni di crittografia quantistica ad alta velocità. I dettagli di questa tecnologia e la dimostrazione sono stati presentati a QCrypt 2018, tenutosi a Shanghai, Cina dal 27 al 31 agosto 2018.

Nell'era dell'IoT di oggi, informazioni riservate come dati medici e transazioni finanziarie vengono scambiate tramite reti, quindi le tecnologie di comunicazione crittografica richiedono livelli di sicurezza molto elevati. Nelle comunicazioni di crittografia quantistica, un bit di informazione viene trasmesso e ricevuto come un singolo fotone di luce. L'intercettazione cambia lo stato dei fotoni e quindi può essere rilevato in modo affidabile. Le comunicazioni di crittografia quantistica sono quindi garantite per essere sicure contro qualsiasi intercettazione e decrittazione, compreso quello dei computer quantistici, e quindi dovrebbero essere introdotti in applicazioni di comunicazione come backup di dati riservati e trasmissioni di dati medici, ecc. Tuttavia, le applicazioni pratiche che incorporano la comunicazione di crittografia quantistica richiederanno lo sviluppo di sistemi che incorporino l'infrastruttura di comunicazione dati esistente utilizzando linee in fibra ottica, nonché dimostrazioni che tali sistemi possono funzionare stabilmente per lunghi periodi di tempo.

In un progetto di ricerca congiunto, Toshiba e ToMMo hanno applicato tecnologie di comunicazione crittografica quantistica ad alta velocità sviluppate presso Toshiba e il Cambridge Research Laboratory di Toshiba Research Europe per sviluppare un sistema che è stato introdotto in applicazioni che trasmettono dati di analisi del genoma e per eseguire esperimenti dimostrativi sul campo. In questi esperimenti, dispositivi crittografici quantistici sono stati introdotti presso il Toshiba Life Science Analysis Center (Minamiyoshinari, Aoba-ku, Sendai) e al ToMMo (Seiryo-machi, Aoba-ku, Sendai), e le comunicazioni sono state effettuate su linee in fibra ottica installate dedicate tra i siti, una distanza di circa 7 km.

Le società hanno anche sviluppato e incorporato un sistema per la gestione delle chiavi crittografiche distribuite insieme a un software di crittografia dei dati che opera in coordinamento con quel sistema. Il sistema ha crittografato e trasmesso i dati di analisi del genoma tra i due siti utilizzando queste tecnologie di comunicazione crittografica quantistica. Il sistema ha stabilizzato continuamente la velocità di distribuzione delle chiavi quantistiche e ha raggiunto una velocità media di distribuzione delle chiavi di 10,2 Mbps in operazioni continue della durata di oltre un mese. Questa è una prima dimostrazione al mondo della distribuzione di chiavi crittografiche quantistiche a velocità superiori a 10 Mbps in un ambiente reale.

Per di più, l'introduzione di una rete di sensori wireless nelle suddette linee in fibra ottica installate ha consentito la misurazione delle fluttuazioni ambientali esterne alle comunicazioni come variazioni durante tutto l'anno nelle vibrazioni della fibra ottica dovute a fattori come il cambiamento di temperatura, pioggia, copertura di neve, vento forte, e terremoti, chiarire le loro relazioni con le prestazioni di comunicazione della crittografia quantistica.

Toshiba continuerà a perseguire prove operative sul campo e simili con l'obiettivo di applicazioni pratiche della tecnologia di crittografia quantistica in vari campi e casi d'uso, compreso medico, finanziario, e infrastrutture di comunicazione. ToMMo continuerà a promuovere l'uso di tecnologie ICT sicure e protette per realizzare cure mediche future basate su informazioni genomiche.