I loro risultati, pubblicati su CLEO 2023 , convalidare un precedente esperimento di laboratorio di prova di principio condotto dagli scienziati dell'ORNL nel 2015.

Il team ha trasmesso un segnale quantistico per la distribuzione della chiave quantistica – un approccio sicuro alla condivisione di una chiave segreta – utilizzando un vero oscillatore locale. Un oscillatore locale reprime gli effetti del rumore diffuso da altri dati trasmessi nella stessa rete in fibra ottica e il lavoro ha dimostrato la coesistenza tra i segnali di dati quantistici e convenzionali.

Il segnale viaggiava attraverso la rete in fibra ottica dell'ORNL codificato in variabili continue che descrivevano le proprietà delle particelle di luce, o fotoni, in ampiezza e fase. L'uso di variabili continue di fotoni per la codifica consente un numero quasi infinito di impostazioni per la distribuzione della casualità che possono essere utilizzate per la sicurezza informatica e consente la compatibilità con i sistemi di comunicazione classici esistenti.

L'esperimento del team ORNL non solo ha aperto nuove strade nel campo della sicurezza informatica, ma ha anche sfruttato l'infrastruttura in fibra ottica esistente, che consentirebbe un'adozione più semplice e più economica.

L'esperimento ha risolto importanti ostacoli all'implementazione della distribuzione delle chiavi quantistiche, migliorando al tempo stesso la sicurezza, ha affermato Nicholas Peters, capo della sezione di scienza dell'informazione quantistica dell'ORNL e ricercatore principale dello studio.

"La distribuzione delle chiavi quantistiche è un protocollo crittografico in cui due parti possono generare una chiave sicura che solo loro conoscono", ha affermato Peters. "In questo esperimento, ciò viene fatto utilizzando i laser per generare deboli impulsi ottici tra due punti, solitamente indicati come Alice e Bob."

Quando la parte ricevente misura un impulso, le misurazioni possono rivelare se un intercettatore ha intercettato e corrotto il messaggio. Negli esperimenti precedenti senza un vero oscillatore locale, questo impulso ottico veniva trasmesso insieme all'oscillatore locale. I metodi precedenti creavano il potenziale per vulnerabilità non affrontate nelle attuali migliori pratiche definite dal concetto sottostante di sicurezza. Il nuovo metodo si basa su segnali ottici generati da laser indipendenti nei punti di trasmissione e ricezione.

"Fondamentalmente, stiamo osservando le interferenze", ha affermato Brian Williams, autore principale dello studio e ricercatore quantistico dell'ORNL. "È come lanciare una roccia in un lago e creare increspature. È simile alla natura ondulatoria di un fotone che stiamo osservando. Se due rocce vengono gettate dentro, creano strani schemi nell'acqua. Stiamo facendo un'interferenza simile misurazione basata su quel segnale quantistico, ma viene rilevata solo la parte che corrisponde al laser. Ciò richiede una risoluzione energetica molto ristretta."

Il rumore in eccesso erode la velocità della chiave che può essere distribuita. Troppo rumore e una frazione della potenziale chiave verrà utilizzata per proteggere la riservatezza.

"L'obiettivo è ottenere il miglior rapporto segnale-rumore possibile", ha affermato Williams. "Utilizzando un laser a energia stretta come oscillatore locale, agisce come un filtro per il rumore di fondo e migliora il rapporto segnale-rumore."

Gli sforzi futuri si concentreranno sulla riproduzione dei risultati dell'esperimento in una gamma più ampia di scenari di rete.