Istraživači uspješno izvode prva 4D kvantna šifriranja

Po prvi put, istraživači su poslali kvantno osiguranu poruku koja sadrži više od jednog bloka informacija po fotonu kroz zrak iznad grada. Pokazivanje je pokazalo da bi jednog dana mogao biti praktičan za upotrebu kvantne komunikacije velikog kapaciteta i slobodnog prostora kako bi se stvorila veoma sigurna veza između zemaljskih mreža i satelita, uvjet za stvaranje globalne kvantne šifrirane mreže.

Kvantno šifriranje koristi fotone za kodiranje informacija u obliku kvantnih bitova. U svom najjednostavnijem obliku, poznatom kao 2D enkripcija, svaki foton kodira jedan bit: jedan ili nula. Znanstvenici su pokazali da jedan foton može enkodirati još više informacija – koncept poznat kao visokodimenzionalno kvantno šifriranje – ali do sada to nikad nije bilo dokazano optičkom komunikacijom slobodnog prostora u stvarnim uvjetima. S osam bita potrebnih za kodiranje samo jednog slova, na primjer, pakiranje više informacija u svaki foton bi znatno ubrzalo prijenos podataka.

“Naš je posao prvi koji šalje poruke na siguran način pomoću visokodimenzionalnog kvantnog enkripcije u realnim gradskim uvjetima, uključujući turbulenciju”, rekao je istraživački tim voditelj Ebrahim Karimi sa Sveučilišta u Ottawi u Kanadi. “Sigurna komunikacijska shema slobodnog prostora koju smo pokazali mogla bi potencijalno povezati zemlju sa satelitima, sigurno povezati mjesta na kojima je preskupo instalirati optiku ili se koristiti za šifriranu komunikaciju s pokretnim objektom, kao što je zrakoplov”.

Istraživači su pokazali 4D kvantno šifriranje preko optičke mreže slobodnog prostora u rasponu od dvije zgrade udaljenih 0,3 kilometra na Sveučilištu u Ottawi. Ova visoko-dimenzionalna shema enkripcije naziva se 4D, jer svaki foton kodira dva bita informacija, koja pruža četiri mogućnosti 01, 10, 00 ili 11.

Osim slanja više informacija po fotonu, visokodimenzionalna kvantna enkripcija također može tolerirati više buke koja signalizira signal prije nego što prijenos postane nesiguran. Buka može nastati zbog turbulentnog zraka, neuspjeha elektronike, detektora koji ne rade ispravno i pokušaja presretanja podataka. “Ovaj viši prag buke znači da kada 2D kvantno šifriranje ne uspije, možete pokušati implementirati 4D jer je, u načelu, sigurnija i otpornija na buku”, rekao je Karimi.

Kao sljedeći korak, istraživači planiraju implementirati svoju shemu u mrežu koja uključuje tri veze koji su udaljeni oko 5,6 kilometara i koji koristi tehnologiju poznatu kao adaptivna optika kako bi nadomjestila turbulenciju. Na kraju, oni žele povezati ovu mrežu s onom koja sada postoji u gradu. “Naš dugoročni cilj je provesti kvantnu komunikacijsku mrežu s više veza, ali koristeći više od četiri dimenzije dok pokušavamo zaobići turbulenciju”, izjavio je Alicia Sit, dodiplomski student u Karijinskom laboratoriju.