Британские ученые, работая над одиночным фотоэмиссионным диодом, сделали крупное достижение в квантовом шифровании, разработав технологию кодирования, которая является теоретически невзламываемой.
Исследователи из Кембриджского Университета и компании Тошиба разработали новое полупроводниковое устройство, которое может вызвать эмиссию одиночных фотонов.
Это важно потому, что защита оптического квантового шифрования полагается на посылку одиночного фотона, несущего цифровую информацию между двумя сторонами, меняющимися закодированной информацией.
Законы квантовой физики гласят, что устройства перехвата сообщений не могут измерять свойства одиночного фотона без риска изменения его свойств. Это означает, что законный получатель сообщения может проверить, было ли оно перехвачено или изменено хакером в процессе передачи.
В отличие от методов, основанных на кодах, ключи, сформированные квантовым шифрованием, в принципе, могут быть полностью невзламываемы.
До сих пор квантовое шифрование не было отказоустойчиво, потому что обычные светодиоды и лазеры иногда (неизбежно) производят два или больше фотона, которые позволяют хакеру определять части ключа без обнаружения. Таким образом, одиночный светоизлучающий фотон критически важная часть в обеспечении безоговорочной защиты квантового шифрования.
"Одиночные фотоны подобны волшебным маркерам в молекулярной биологии, законы квантовой механики позволяют создать абсолютно защищенное сообщение", - сказал Профессор Майкл Пеппер, исполнительный директор Научно-исследовательской лаборатории Кембриджа.
Хотя производство нового устройства для излучения единичного фотона относительно дешево, все еще существуют барьеры, которые будут решены при развитии квантовых систем шифрования. Одиночный светоизлучающий диод работает только при низких температурах, а эффекты ослабления на оптические кабелях подразумевают, что расстояния, по которым могут быть переданы сообщения, зашифрованные квантовыми методами, ограничены.
Имеется объяснение Тошибы относительно того, как технология работает:
"В основе одиночного фотоэмиссионного диода находится крошечный объем полупроводника, называемый квантовой точкой. Квантовая точка, которая имеет размеры примерно 15 нм в диаметре и 5 нм в высоту, является настолько маленькой, что может фиксировать единственные два электрона и две дырки из поданного импульса.
Рекомбинация одиночного электрона и одиночной дырки в квантовой точке приводит к эмиссии одиночного фотона. Мы управляем уровнем текущих импульсов так, чтобы точечный сбор данных в среднем был равен одному электрону и одной дырке, таким образом, производя один фотон в импульс.
Если квантовая точка случайно фиксирует две электрон-дырочные пары, то она испустит два фотона.
Однако, так как дополнительный фотон испускается в отличной длине волны, мы можем блокировать его, используя фильтр. Таким образом, в этом режиме работы, мы можем гарантировать, что только один фотон испускается в поданный текущий импульс."
