Los investigadores han desarrollado un dispositivo simple y estable para generar los estados cuánticos necesarios para la distribución de claves cuánticas. El dispositivo podría hacer que sea más práctico desarrollar una red de datos global que utilice este método de cifrado muy seguro para proteger todo, desde transacciones con tarjeta de crédito hastatextos.
Se necesitan nuevas técnicas de cifrado porque las computadoras lo suficientemente potentes como para descifrar los códigos de cifrado basados en algoritmos actuales probablemente estarán disponibles en la próxima década o dos. En lugar de depender de las matemáticas, la distribución de claves cuánticas utiliza propiedades cuánticas de la luz, como la polarización para codificar yenvíe una clave aleatoria necesaria para descifrar los datos codificados. El método es excepcionalmente seguro porque cualquier intrusión de terceros es detectable.
En el diario de la Sociedad Óptica OSA Cartas ópticas , investigadores de la Universidad de Padova en Italia informan que su dispositivo de fibra puede cambiar la polarización de la luz más de mil millones de veces por segundo. El dispositivo también se autocompensa, lo que lo hace insensible a la temperatura y otros cambios ambientales.
"Se espera que la distribución de claves cuánticas tenga un profundo impacto en la privacidad y seguridad de los ciudadanos", dijo Giuseppe Vallone, quien dirigió esta investigación dentro del grupo de investigación QuantumFuture coordinado por el coautor Paolo Villoresi. "Nuestro esquema simplifica la distribución de claves cuánticas".para la comunicación en el espacio libre, como los satélites a la Tierra o entre terminales móviles, que se requiere para lograr una red cuántica global ".
Desarrollando una red global
Debido a que el cifrado cuántico no funciona bien en redes de fibra de larga distancia, ahora existe un impulso para desarrollar una red de comunicación cuántica basada en satélites para vincular varias redes de cifrado cuántico terrestres en todo el mundo.
Aunque se pueden usar varias propiedades de la luz para crear estados cuánticos para el cifrado cuántico, la polarización es particularmente adecuada para enlaces de espacio libre porque no es perturbada por la atmósfera y la decodificación en el receptor se puede realizar sin la difícil tarea decanalizando los datos en fibra monomodo.
"Nuestro objetivo es desarrollar un esquema de cifrado cuántico para usar entre un satélite y el suelo, donde las claves se generan en órbita", dijo Vallone. "Sin embargo, los codificadores de polarización de hoy en día no son ideales para usar en el espacio porque soninestable, costoso y complejo. Incluso pueden exhibir canales laterales que socavan la seguridad del protocolo ".
codificación de polarización rápida y estable
El nuevo codificador de polarización, que los investigadores llaman POGNAC para Polarization SaGNAC, puede rotar rápidamente la polarización de la luz láser entrante gracias a un interferómetro Sagnac de bucle de fibra. Esta configuración divide la luz en dos haces cuyas polarizaciones están en ángulo rectouno en relación con el otro. Las vigas luego viajan a través del bucle de fibra en sentido horario y antihorario. Los componentes actuales podrían caber en un paquete de 15 X 5 x 5 centímetros, con una posible miniaturización adicional si se incorporan componentes más pequeños.
Dentro del bucle de fibra, los investigadores utilizaron un modulador electro-óptico disponible comercialmente para cambiar la polarización para crear los estados cuánticos necesarios para la distribución de claves cuánticas. Debido a que los componentes en sentido horario y antihorario llegan al modulador en diferentes momentos, cada uno puede sermodulada independientemente
Los moduladores usan un voltaje aplicado para cambiar la fase óptica. Sin embargo, el valor absoluto del cambio de fase depende de muchos parámetros que cambian con el tiempo. "En el POGNAC, solo el cambio relativo entre los dos componentes de polarización es relevante - estoel cambio de fase relativo corresponde a un cambio en la polarización de salida, mientras que los cambios que surgen de los cambios de temperatura y otros factores se autocorrigen ", dijo Vallone." Esto hace que el POGNAC sea muy estable y elimina las derivaciones de polarización que han afectado a otros dispositivos ".
Los investigadores probaron su nuevo dispositivo midiendo la polarización de los estados cuánticos generados por el POGNAC y comparándolos con los valores esperados. Midieron una tasa intrínseca de error de bits cuánticos QBER tan baja como 0.2%, muy por debajo del 1-2QBER por ciento de los sistemas típicos de distribución de claves cuánticas.
"Nuestros resultados muestran que los datos pueden codificarse usando la polarización de la luz de una manera simple y eficiente", dijo Vallone. "Pudimos lograr esto usando solo componentes disponibles comercialmente".
Los investigadores continúan mejorando su enfoque y planean realizar más pruebas para ver cómo funciona el POGNAC al codificar claves cuánticas para el cifrado.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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