Government Lab avslöjar att det har drivit Quantum Internet i över två år

En av drömmarna för säkerhetsexperter är skapandet av ett kvantinternet som tillåter perfekt säker kommunikation baserat på kvantmekanikens kraftfulla lagar.

Grundtanken här är att handlingen att mäta ett kvantobjekt, till exempel en foton, alltid förändrar det. Så varje försök att avlyssna ett kvantmeddelande kan inte låta bli att lämna tydliga tecken på snokning som mottagaren kan upptäcka. Det gör att vem som helst kan skicka en engångsblock över ett kvantnät som sedan kan användas för säker kommunikation med hjälp av konventionell klassisk kommunikation.

Det sätter upp saker och ting bra för perfekt säker meddelandehantering känd som kvantkryptografi och detta är faktiskt en ganska okomplicerad teknik för vilket halvanständigt kvantoptiklabb som helst. Det var faktiskt ett företag som ringde Quantum ID säljer ett hyllsystem som har börjat locka banker och andra organisationer som är intresserade av perfekt säkerhet.

Dessa system har dock en viktig begränsning. Den nuvarande generationen av kvantkryptografisystem är punkt-till-punkt-anslutningar över en enda fiberlängd, så de kan skicka säkra meddelanden från A till B men kan inte dirigera denna information vidare till C, D, E eller F. Det beror på att handlingen att dirigera ett meddelande innebär att läsa den del av det som indikerar vart det måste dirigeras. Och detta förändrar oundvikligen det, åtminstone med konventionella routrar. Detta gör ett kvantinternet omöjligt med dagens teknik

Olika team tävlar för att utveckla kvantroutrar som kommer att lösa detta problem genom att styra kvantmeddelanden utan att förstöra dem. Vi tittade på en av de första förra året. Men sanningen är att dessa enheter fortfarande är en bit från den kommersiella verkligheten.

Idag avslöjar Richard Hughes och kompisar vid Los Alamos National Labs i New Mexico ett alternativt kvantinternet, som de säger att de har kört i två och ett halvt år. Deras tillvägagångssätt är att skapa ett kvantnätverk baserat på ett nätverk av nav och ekertyp. Alla meddelanden dirigeras från valfri punkt i nätverket till en annan via denna centrala hubb.

Det är inte första gången den här typen av tillvägagångssätt har prövats. Tanken är att meddelanden till navet förlitar sig på den vanliga nivån av kvantsäkerhet. Men väl framme vid navet omvandlas de till konventionella klassiska bitar och omvandlas sedan till kvantbitar för att skickas på den andra delen av resan.

Så så länge hubben är säker, så bör även nätverket vara säkert.

Problemet med detta tillvägagångssätt är skalbarhet. I takt med att antalet länkar till hubben ökar blir det allt svårare att hantera alla möjliga kopplingar som kan göras mellan en punkt i nätverket och en annan.

Hughes och co säger att de har löst detta med sitt unika tillvägagångssätt som utrustar varje nod i nätverket med kvantsändare – det vill säga lasrar – men inte med fotondetektorer som är dyra och skrymmande. Endast hubben kan ta emot ett kvantmeddelande (även om alla noder kan skicka och ta emot konventionella meddelanden på normalt sätt).

Det kan låta begränsande men det tillåter fortfarande varje nod att skicka en engångsplatta till hubben som den sedan använder för att kommunicera säkert över en klassisk länk. Hubben kan sedan dirigera detta meddelande till en annan nod med en annan engångsknapp som den har ställt in med denna andra nod. Så hela nätverket är säkert, förutsatt att den centrala hubben också är säker.

Den stora fördelen med detta system är att det gör tekniken som krävs vid varje nod extremt enkel – i princip lite mer än en laser. Faktum är att Los Alamos redan har designat och byggt plug-and-play-moduler som är ungefär lika stora som en låda med tändstickor. Vår nästa generations [modul] kommer att vara en storleksordning mindre i varje linjär dimension, säger de.

Deras slutmål är att ha en av dessa moduler inbyggd i nästan vilken enhet som helst ansluten till ett fiberoptiskt nätverk, såsom set-top-TV-boxar, hemdatorer och så vidare, för att tillåta perfekt säker meddelandehantering.

Efter att ha kört detta system nu i över två år, är Los Alamos nu mycket säkra på dess effektivitet.

Naturligtvis kan nätverket aldrig vara säkrare än navet i mitten av det och detta är en viktig begränsning av detta tillvägagångssätt. Däremot bör ett rent kvantinternet tillåta perfekt säker kommunikation från vilken punkt som helst i nätverket till vilken annan som helst.

En annan är att detta tillvägagångssätt kommer att bli föråldrat så snart kvantroutrar blir kommersiellt gångbara. Så frågan för eventuella investerare är om de kan få tillbaka sina pengar i tiden innan dess. Oddsen är att de inte behöver vänta länge för att få reda på det.

Ref: arxiv.org/abs/1305.0305 :Nätverkscentrerad kvantkommunikation med tillämpning på skydd av kritisk infrastruktur

Dölj