Configuración experimental para comunicación privada basada en la sincronización del caos de QCL. Crédito:Spitz et al.
Comunicación óptica en espacio libre, la comunicación entre dos dispositivos a distancia utilizando la luz para transportar información, es un sistema muy prometedor para lograr comunicaciones de alta velocidad. Se sabe que este sistema de comunicación es inmune a las interferencias electromagnéticas (EMI), una perturbación generada por fuentes externas que afecta los circuitos eléctricos y puede interrumpir las señales de radio.
Si bien algunos estudios han destacado las posibles ventajas de la comunicación óptica en el espacio libre, este sistema de comunicación ha llegado hasta ahora con ciertas limitaciones. Más destacado, se sabe que ofrece una seguridad limitada contra los espías. Investigadores de Télécom Paris (miembro del Institut Polytechnique de Paris), mirSense, Technische Universität Darmstadt y la Universidad de California Los Ángeles (UCLA) han introducido recientemente un sistema único para una comunicación óptica más segura en el espacio libre basado en una tecnología conocida como láser de cascada cuántica. un tipo específico de láser semiconductor que normalmente emite luz infrarroja media.
"La idea central detrás de nuestra investigación es que la comunicación privada en el espacio libre con distribución de clave cuántica (es decir, basado en las propiedades de la física cuántica) es prometedor, pero probablemente falten años, o incluso más lejos, "Olivier Spitz, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "En la actualidad, las principales limitaciones de esta tecnología son los requisitos para los sistemas criogénicos, velocidades de datos muy lentas y equipos costosos ".
En su papel presentado en Comunicaciones de la naturaleza , Spitz y sus colegas proponen una alternativa a los sistemas propuestos anteriormente para lograr la comunicación privada en el espacio libre, que implementan un protocolo criptográfico basado en las leyes de la mecánica cuántica. El nuevo sistema que idearon se basa en el uso de dos láseres de cascada cuántica acoplados unidireccionalmente.
El enfoque de los investigadores combina lo que se conoce como sincronización del caos con la longitud de onda del infrarrojo medio de la tecnología láser de cascada cuántica. La sincronización del caos es una propiedad específica que se ha examinado en el contexto de los láseres semiconductores durante décadas.
Imagen de microscopio de una cresta QCL. La cresta dorada central tiene 3 mm de largo y está cableada con 11 hilos dorados para sesgo eléctrico. Crédito:Spitz et al.
"La sincronización del caos es la clave para la comunicación privada, mientras que la longitud de onda del infrarrojo medio significa que la atenuación de la atmósfera es baja en comparación con la longitud de onda del infrarrojo cercano, donde la mayoría de los láseres semiconductores emiten, "Explicó Spitz." Por lo tanto, podemos imaginar la transmisión con un rango muy largo y con inmunidad a las condiciones atmosféricas. Es más, la longitud de onda del infrarrojo medio implica sigilo, ya que la radiación de fondo está en el mismo dominio de longitud de onda ".
La longitud de onda del infrarrojo medio de los láseres de cascada cuántica hace que sea aún más difícil para un posible intruso descifrar la información intercambiada utilizando el sistema de los investigadores. Esto significa que la seguridad de las comunicaciones aumenta aún más.
"Creo que el logro más notable es la sincronización exitosa del caos entre dos QCL, "Dijo Spitz." Durante mucho tiempo, la posibilidad de generar caos temporal en este tipo de estructuras fue controvertida porque se basan en una tecnología diferente, en comparación con la mayoría de los láseres semiconductores, que en general hace que las QCL sean más estables, por lo que no es muy propenso al caos. Hace unos pocos años, demostramos experimentalmente que las QCL pueden generar caos temporal, y ahora dimos un paso más al lograr una comunicación privada basada en la sincronización del caos ".
Hasta aquí, los investigadores simplemente describieron una prueba de concepto de su sistema propuesto, donde la distancia entre los dos láseres de cascada cuántica es simplemente de un metro. Esta no es una configuración realista para la comunicación en el espacio libre. Sin embargo, esperan mejorar su sistema, para hacerlo más adecuado para implementaciones del mundo real.
"Planeamos aumentar esta distancia a cientos de metros, luego kilómetros, para construir un sistema operativo, "Dijo Spitz." Aparte de los láseres de cascada cuántica, hay otros láseres semiconductores de infrarrojo medio, como los láseres en cascada entre bandas (ICL). Planeamos repetir el mismo experimento con ICL, para determinar la mejor configuración para la comunicación privada en la longitud de onda del infrarrojo medio ".
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