Исследователи университета имени Лейбница в Ганновере разработали инновационную методику квантового распределения ключей, которая дает возможность повысить доступность и эффективность квантовых сетей. Профессор Михаэль Куэс и аспирантка Анахита Ходадад Каши из Института фотоники предложили шифровать квантовые состояния с помощью бинарного кодирования по частоте.
Данный подход предполагает применение различных частот (цветов) для кодировки квантовых состояний, что не только увеличивает безопасность, но и улучшает использование ресурсов. Как объясняет профессор Куэс, их методика предоставляет перспективы масштабирования квантовых сетей в будущем с меньшими ресурсными затратами при увеличении числа подключенных пользователей на дальние расстояния.
Использование частоты как степени свободы в квантовом распределении ключей имеет два заметных преимущества. В первую очередь, частота обладает высокой устойчивостью к помехам, которые могут возникать из-за воздействия окружающей среды, например, колебаний температуры и механических вибраций в волоконно-оптических средах. Во-вторых, эта методика упрощает процесс и снижает затраты.
Учёным удалось провести измерения квантовых состояний фотонов, используя лишь один детектор вместо стандартных четырёх высокочувствительных детекторов. Для проведения необходимых измерений они использовали методику преобразования частоты во время, что позволяет отобразить частотные компоненты во временном прибытии фотона на детектор.
По заявлению профессора Куэса, это решение позволило сильно снизить затраты на телекоммуникационные компоненты с около 100 000 евро до четверти этой суммы. Дополнительно, это уменьшает уязвимость перед детекторными атаками и укрепляет безопасность системы.
Метод также использует множество каналов одновременно, применяя так называемое адаптивное частотное мультиплексирование. Это увеличивает скорость распределения ключей без необходимости применения дополнительных технических средств. Анахита Ходадад Каши утверждает, что этот подход позволяет динамически приспосабливать производительность квантовых сетей под текущую нагрузку.
Профессор Куэс подчеркивает необходимость дальнейшего изучения взаимодействия нанофотоники и квантовой оптики для создания новых методов и компонентов, которые позволят генерировать широкий спектр квантовых состояний для многомерного кодирования квантовой информации.
Исследователи уверены в том, что квантовые сети скоро станут ключевым элементом для повышения безопасности критически важных информационных систем, таких как банковские и медицинские структуры.
Источник: iXBT
