Чип

25 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

от Оптики

Исследователи разработали систему квантового распределения ключей (QKD), основанную на интегрированной фотонике, которая может передавать защищенные ключи с беспрецедентной скоростью. Эксперименты, подтверждающие принцип работы, представляют собой важный шаг на пути к реальному применению этого высокозащищенного метода связи.

QKD — это хорошо зарекомендовавший себя метод предоставления секретных ключей для безопасной связи между удаленными сторонами. Используя квантовые свойства света для генерации безопасных случайных ключей для шифрования и дешифрования данных, его безопасность основана на законах физики, а не на вычислительной сложности, как в современных протоколах связи.

«Основная цель технологии QKD — это возможность просто интегрировать ее в реальную коммуникационную сеть», — сказала член исследовательской группы Ребекка Сакс из Женевского университета в Швейцарии. «Важным и необходимым шагом на пути к этой цели является использование интегрированной фотоники, которая позволяет производить оптические системы с использованием той же полупроводниковой технологии, которая используется для изготовления кремниевых компьютерных чипов».

В статье в Photonics Research исследователи под руководством Хьюго Збиндена из Женевского университета описывают свою новую систему QKD, в которой все компоненты интегрированы в чипы, за исключением лазера и детекторов. Это имеет множество преимуществ, таких как компактность, низкая стоимость и простота массового производства.

«Хотя QKD может обеспечить безопасность конфиденциальных приложений, таких как банковское дело, здравоохранение и оборона, это еще не широко распространенная технология», — сказал Сакс. «Эта работа подтверждает зрелость технологии и помогает решить технические вопросы, связанные с ее реализацией с помощью оптических интегральных схем, что позволит интегрировать их в сети и другие приложения».

В предыдущей работе исследователи разработали протокол QKD с тремя состояниями по времени, который был реализован с использованием стандартных оптоволоконных компонентов для достижения передачи QKD на рекордно высоких скоростях.

«Нашей целью в этой новой работе было реализовать тот же протокол с использованием интегрированной фотоники», — сказал Сакс. «Компактность, надежность и простота манипулирования интегрированной фотонной системой — с меньшим количеством компонентов, требующих проверки при внедрении или устранения неполадок в сети — улучшает позиции QKD как технологии безопасной связи».

Системы QKD используют передатчик для отправки закодированных фотонов и приемник для их обнаружения. В новой работе исследователи из Женевского университета сотрудничали с компанией по производству кремниевой фотоники Sicoya GmbH в Берлине, Германия, и компанией по квантовой кибербезопасности ID Quantique в Женеве, чтобы разработать кремниевый передатчик фотоники, который сочетает в себе фотонную интегральную схему с внешним диодным лазером.

Приемник ККД был изготовлен из кремнезема и состоял из фотонной интегральной схемы и двух внешних однофотонных детекторов. Группа Роберто Оселламе из Института фотоники и нанотехнологий CNR в Милане, Италия, использовала фемтосекундную лазерную микрообработку для изготовления приемника.

«Что касается передатчика, использование внешнего лазера с фотонно-электронной интегральной схемой позволило точно производить и кодировать фотоны с рекордной скоростью до 2,5 ГГц», — сказал Сакс. «Что касается приемника, то фотонная интегральная схема с низкими потерями и независимой от поляризации, а также набор внешних детекторов позволили пассивно и просто обнаруживать передаваемые фотоны. Соединение этих двух компонентов с помощью стандартного одномодового волокна позволило быстро создавать секретные ключи. ."