Los investigadores demostraron un nuevo sistema QKD simple a través de una red de fibra en Padua, Italia. Un mapa del centro de la ciudad [© 2021 Google] muestra que el transmisor se colocó en el Centro TIC de UniPD mientras que el receptor se ubicaba en el Departamento de Matemáticas. El transmisor y el receptor estaban conectados por 3,4 km de fibras desplegadas. Crédito:QuantumFuture Group, Università degli Studi di Padova
En un nuevo estudio, los investigadores demuestran un sistema automatizado Sistema de distribución de clave cuántica (QKD) fácil de operar utilizando la red de fibra en la ciudad de Padua, Italia. La prueba de campo representa un paso importante hacia la implementación de esta tecnología de comunicación cuántica altamente segura utilizando el tipo de redes de comunicación que ya existen en muchas regiones del mundo.
QKD ofrece un cifrado impenetrable para la comunicación de datos porque utiliza las propiedades cuánticas de la luz para generar claves aleatorias seguras para cifrar y descifrar datos.
"QKD puede ser útil en cualquier situación en la que la seguridad sea primordial porque ofrece seguridad incondicional para el proceso de intercambio de claves, "dijo Marco Avesani de la Università degli Studi di Padova en Italia, coautor del nuevo estudio con Luca Calderaro y Giulio Foletto. "Se puede utilizar para cifrar y autenticar datos de salud enviados entre hospitales o transferencias de dinero entre bancos, por ejemplo."
En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , Los investigadores dirigidos por Paolo Villoresi y Giuseppe Vallone informan que su sistema simple es estable en el tiempo y puede generar claves criptográficas de seguridad cuántica a tasas sostenidas sobre una infraestructura de telecomunicaciones estándar.
"Los sistemas QKD generalmente requieren un sistema de estabilización complejo y hardware de sincronización dedicado adicional, ", dijo Avesani." Desarrollamos un sistema QKD completo que puede interactuar directamente con equipos de telecomunicaciones estándar y no requiere hardware adicional para la sincronización. El sistema encaja fácilmente en los gabinetes de rack que se encuentran comúnmente en las salas de servidores ".
El transmisor completo para el nuevo sistema QKD cabe en un gabinete de rack de 19 pulgadas, que se encuentra comúnmente en las salas de servidores. Crédito:Luca Calderaro, Università degli Studi di Padova
Diseñar un sistema fácil de usar
Para producir los estados cuánticos requeridos por QKD, los investigadores desarrollaron un nuevo codificador para manipular la polarización de fotones individuales. El codificador que los investigadores llaman iPOGNAC, proporciona una referencia de polarización fija y estable que no requiere recalibraciones frecuentes. Esta característica también es ventajosa para la comunicación cuántica satelital y en el espacio libre, donde las recalibraciones son difíciles de realizar.
"Debido a la tecnología que desarrollamos, la fuente estaba lista para producir estados cuánticos cuando trasladamos nuestro sistema del laboratorio a la ubicación de la prueba de campo, "dijo Calderaro." No tuvimos que hacer el lento, y a menudo propenso a fallar, procedimiento de alineación requerido para la mayoría de los sistemas QKD ".
Los investigadores también desarrollaron un nuevo algoritmo de sincronización, que ellos llaman
Qubit4Sync, para sincronizar las máquinas de los dos usuarios de QKD. En lugar de utilizar hardware adicional dedicado y un canal de frecuencia adicional para la sincronización, el nuevo sistema utiliza software y las mismas señales ópticas que se utilizan para QKD. Esto hace que el sistema sea más pequeño, más económico, y más fácil de integrar en una red óptica existente.
Para probar el nuevo sistema, los investigadores llevaron sus dos terminales QKD a dos edificios universitarios a unos 3,4 km de distancia en diferentes secciones de Padua. Conectaron los sistemas a dos fibras ópticas subterráneas que forman parte de la red de comunicación de la universidad. Estas fibras soportaban el canal cuántico que transportaba qubits y el canal clásico necesario para transferir información auxiliar.
Una videollamada con seguridad cuántica
"La prueba de campo fue exitosa, "dijo Foletto." Demostramos que nuestro sistema simple puede producir claves secretas a velocidades de kilobits por segundo y que funciona fuera del laboratorio con poca intervención humana. También fue fácil y rápido de instalar ".
En una manifestación pública, los investigadores utilizaron su configuración para habilitar una videollamada de seguridad cuántica entre el Rector de la Universidad de Padua y el Director del Departamento de Matemáticas. Los investigadores señalan que el rendimiento del sistema es comparable al de otros sistemas QKD comerciales en términos de tasa de generación de claves secretas, al mismo tiempo que tiene menos componentes y es más fácil de integrar en una red de fibra existente.
Están trabajando para reducir el tamaño del aparato de detección y hacer que el sistema sea más robusto al ruido de otra luz que viaja en la misma fibra. El esfuerzo por desarrollar un sistema QKD completo y autónomo condujo a la creación de una empresa derivada llamada ThinkQuantum s.r.l, que está trabajando para comercializar esta tecnología.
