일부 양자 키 분배(QKD) 암호화 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 단일 광자 검출기가 공개되었습니다. 휴고 즈빈덴 제네바 대학의 동료들과 ID 수량 스위스에서. 이 장치에는 광자 감지 작업을 공유하는 14개의 얽힌 초전도 나노와이어가 포함되어 있습니다.
미래의 양자 컴퓨터는 기존의 암호 시스템을 해독할 수 있습니다. 그러나 양자 암호 시스템은 적어도 원칙적으로는 해커로부터 안전하게 유지되어야 합니다. 그러한 시스템 중 하나는 양자 역학의 법칙을 사용하여 두 통신 당사자가 암호화 키를 안전하게 교환할 수 있도록 하는 양자 키 배포(QKD)입니다.
QKD는 특정 편광 상태에서 일련의 광자를 보내고 받는 것과 관련됩니다. 도청자가 이 통신을 가로채면 정보의 양자적 특성을 방해하여 특파원에게 경고합니다.
제한된 클럭 속도
상용 QKD 시스템은 이미 일부 특수 응용 분야에서 사용되고 있지만 이 기술의 보다 광범위한 사용은 광자를 생성, 전송 및 감지할 수 있는 "클록 속도"에 의해 제한됩니다. "이러한 시스템의 클럭 속도는 지난 30년 동안 지속적으로 증가했습니다."라고 Zbinden은 말합니다. "그러나 현대 시스템에서는 감지기의 속도와 후처리가 QKD의 높은 비밀 키 비율에 대한 제한 요소가 됩니다."
이러한 키 속도는 통신 당사자가 보안 양자 키를 교환할 수 있는 속도를 제어합니다. 키 속도가 높을수록 사용자는 더 많은 정보를 더 안전하고 더 빠른 속도로 교환할 수 있습니다.
오늘날의 QKD 시스템은 극저온에서 작동하는 초전도 나노와이어 단일 광자 검출기(SNSPD)를 사용합니다. 나노와이어의 작은 영역은 광자를 흡수할 때 가열되어 일시적으로 초전도체에서 일반 물질로 전환됩니다. 이로 인해 감지되는 나노와이어의 전기 저항이 증가합니다. 광자가 흡수된 후 나노와이어는 다음 광자를 감지하기 전에 냉각되어야 하며 이 복구 시간은 SNSPD가 작동할 수 있는 속도를 제한합니다.
심플하면서도 세련된
연구에서 Zbinden의 팀은 이 문제에 대한 간단하면서도 효과적인 해결책을 구현했습니다. "SNSPD의 참신한 디자인은 14개의 나노와이어로 구성되어 있으며, 광섬유에서 나오는 빛에 의해 모두 동일하게 조명되는 방식으로 서로 얽혀 있습니다."라고 설명합니다. 파드리 그뤼넨펠더, 제네바 대학의 Zbinden 동료. "이렇게 하면 다른 와이어가 복구되는 동안 여전히 감지할 수 있는 와이어가 있을 가능성이 높아집니다."
검출기의 또 다른 특징은 각 나노와이어가 SNSPD에서 일반적으로 사용되는 나노와이어보다 짧다는 것입니다. 즉, 개별 나노와이어가 더 빨리 냉각될 수 있습니다.
기존 SNSPD는 10Mbps가 조금 넘는 키 속도를 지원할 수 있지만 스위스 팀은 훨씬 더 잘 수행했습니다. Grünenfelder는 "SNPD의 높은 최대 카운트 속도와 증가된 타이밍 분해능은 64km의 광섬유에서 10Mbps의 비밀 키 속도를 달성하는 데 도움이 되었습니다."라고 말합니다. "우리는 이전 기록을 XNUMX배 이상 뛰어넘을 수 있었습니다."
프라이버시 강화
이 속도로 광자를 감지함으로써 QKD 시스템은 필요한 오류 수정을 수행하고 프라이버시 증폭(도청자에게 유출되었을 수 있는 정보와 관계없이 원시 키 광자를 최종 보안 키로 변환하는 프로세스)을 수행할 수 있습니다. 실시간.
슬림형 단말기는 우주에서 양자 키를 전송합니다.
현재 SNSPD에 필요한 극저온은 이 기술이 QKD의 일상적인 애플리케이션에 적합하지 않다는 것을 의미합니다. Zbinden은 "주요 속도를 한계까지 끌어올리기 위해 구현된 다른 최적화는 보다 주류인 상용 QKD에서 구현될 수 있습니다."라고 설명합니다.
그러나 연구자들은 멀리 떨어진 우주선 사이의 안전한 통신에서부터 의료 영상에 특히 유용할 수 있는 차세대 고급 광학 센서에 이르기까지 초고속, 고효율 SNSPD에 대한 광범위한 가능성을 여전히 구상하고 있습니다.
연구는 다음에 설명되어 있습니다. 자연 Photonics.
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- 출처: https://physicsworld.com/a/new-photon-detector-accelerates-quantum-key-distribution/
