Nella foto qui (da sinistra) sono il ricercatore senior James Grieve del Center for Quantum Technologies presso NUS e la dott.ssa Amelia Tan, Ricercatore Senior R&D di Trustwave, La filiale di sicurezza informatica di Singtel. Credito:Università Nazionale di Singapore
Sotto molte città ci sono complesse reti di fibre ottiche che trasportano dati, codificato in impulsi di luce, agli uffici e alle abitazioni. Ricercatori della National University of Singapore (NUS) e Singtel, Il principale gruppo di tecnologia delle comunicazioni in Asia, hanno dimostrato una tecnica che aiuterà le coppie di particelle luminose a navigare senza problemi in queste reti, una svolta che consentirà una maggiore sicurezza informatica. La dimostrazione è stata eseguita su 10 km di rete in fibra di Singtel. Questo progetto, condotto a Singapore, è guidato dal laboratorio di ricerca e sviluppo sulla sicurezza informatica di NUS-Singtel, un partenariato pubblico-privato sostenuto dalla Fondazione Nazionale della Ricerca, Ufficio del Primo Ministro, Singapore. Si basa sull'esperienza del Center for Quantum Technologies (CQT) presso NUS.
Questo nuovo approccio supporta l'implementazione di una tecnologia nota come distribuzione di chiavi quantistiche (QKD). Trasmesso su reti in fibra, utilizza segnali inviati in particelle di luce note come fotoni. Il rilevamento di singoli fotoni crea chiavi di crittografia per comunicazioni sicure. I dati crittografati con tali chiavi sono resistenti a tutti gli hack computazionali.
Gli studi QKD vengono condotti in tutto il mondo poiché i governi e le aziende riconoscono la necessità di rafforzare la loro sicurezza informatica. Le prove QKD effettuate dal team NUS-Singtel utilizzano coppie di fotoni collegati dalla proprietà quantistica dell'entanglement. La maggior parte degli schemi QKD richiede che il mittente e il destinatario di un messaggio segreto scambino fotoni direttamente o si fidino della fonte delle loro chiavi. Con questo approccio alternativo, è possibile verificare la sicurezza di una chiave fornita da un fornitore terzo.
Funziona così:il fornitore creerebbe una coppia di fotoni, poi dividerli, inviandone uno ciascuno alle due parti che vogliono comunicare in modo sicuro. L'entanglement significa che quando le parti misurano i loro fotoni, ottengono risultati corrispondenti, o uno 0 o 1. Facendo questo per molti fotoni lascia ogni parte con modelli identici di 0 e 1, dando loro una chiave per bloccare e sbloccare un messaggio.
Nella foto qui è un dispositivo sviluppato nel laboratorio di ricerca e sviluppo di NUS-Singtel Cyber Security che crea particelle di luce, noti come fotoni, che sono collegati dalla proprietà quantistica dell'entanglement. Credito:Università Nazionale di Singapore
Tipicamente, ogni fotone incontra un diverso percorso ad ostacoli di segmenti di fibra giuntati e scatole di giunzione. Sulle loro strade, anche i fotoni subiscono dispersione, dove si diffondono effettivamente. Ciò influisce sulla capacità degli operatori di tracciare i fotoni.
Il nuovo trucco, pubblicato il 4 aprile sulla rivista scientifica Lettere di fisica applicata , mantiene sincronizzati i fotoni entangled mentre percorrono percorsi diversi attraverso la rete. Questo è importante perché sono identificati dal divario tra i loro tempi di arrivo al rilevatore. "Le informazioni sui tempi sono ciò che ci consente di collegare insieme coppie di eventi di rilevamento. Preservare questa correlazione ci aiuterà a creare chiavi di crittografia più velocemente, "dice James Grieve, un ricercatore della squadra.
La tecnica funziona progettando attentamente la sorgente di fotoni per creare coppie di particelle luminose con colori su entrambi i lati di una caratteristica nota della fibra ottica chiamata "lunghezza d'onda a dispersione zero". Normalmente, nelle fibre ottiche la luce più blu arriverebbe più velocemente della luce più rossa, distribuendo i tempi di arrivo dei fotoni. Lavorare attorno al punto di dispersione zero rende possibile abbinare le velocità attraverso l'entanglement tempo-energia dei fotoni. Quindi il tempismo è preservato.
Professore Associato Alexander Ling, un investigatore principale presso CQT, ha condotto questo lavoro per il laboratorio NUS-Singtel. Egli ha detto:"Prima di questi risultati, non era noto se la natura multi-segmento della fibra dispiegata avrebbe consentito la cancellazione della dispersione ad alta precisione, perché i segmenti in genere non hanno lunghezze d'onda identiche a dispersione zero."
Nel mostrare che può funzionare, il team aumenta le aspettative per QKD rispetto alla fibra commerciale. I fotoni entangled potrebbero trovare altre applicazioni, pure. Per esempio, i fotoni in ciascuna coppia vengono creati entro femtosecondi l'uno dall'altro. I loro orari di arrivo coordinati potrebbero sincronizzare gli orologi per operazioni time-critical come il trading finanziario.
