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통합 포토닉스 기반 양자 키 분배 시스템, 네트워크 구현 기반 마련

광학

이미지: 연구원들은 전례 없는 속도로 보안 키를 전송할 수 있는 실리콘 포토닉스 기반 양자 키 분배(QKD) 시스템을 개발했습니다. QKD 송신기(사진)는 광자 및 전기 집적 회로를 외부 다이오드 레이저와 결합합니다.더보기

크레딧: Rebecka Sax, 제네바 대학교

워싱턴 — 연구원들이 전례 없는 속도로 보안 키를 전송할 수 있는 통합 포토닉스를 기반으로 하는 양자 키 분배(QKD) 시스템을 개발했습니다. 원리 증명 실험은 매우 안전한 통신 방법의 실제 적용을 향한 중요한 단계를 나타냅니다.

QKD는 먼 당사자 간의 안전한 통신을 위해 비밀 키를 제공하는 잘 확립된 방법입니다. 빛의 양자 특성을 사용하여 데이터 암호화 및 해독을 위한 안전한 무작위 키를 생성함으로써 보안은 오늘날의 통신 프로토콜과 같은 계산적 복잡성이 아닌 물리 법칙을 기반으로 합니다.

"QKD 기술의 핵심 목표는 이를 실제 통신 네트워크에 간단히 통합할 수 있는 능력입니다"라고 스위스 제네바 대학의 연구팀 멤버인 Rebecka Sax는 말했습니다. "이 목표를 향한 중요하고 필요한 단계는 통합 포토닉스를 사용하는 것입니다. 이를 통해 실리콘 컴퓨터 칩을 만드는 데 사용되는 것과 동일한 반도체 기술을 사용하여 광학 시스템을 제조할 수 있습니다."

Optica Publishing Group 저널 Photonics Research에서 제네바 대학의 Hugo Zbinden이 이끄는 연구원들은 레이저와 검출기를 제외한 모든 구성 요소가 칩에 통합된 새로운 QKD 시스템을 설명합니다. 이는 소형화, 저비용, 대량 생산의 용이성 등 많은 장점을 제공합니다.

"QKD는 은행, 의료, 국방 등 민감한 애플리케이션에 보안을 제공할 수 있지만 아직 널리 보급된 기술은 아닙니다."라고 Sax는 말했습니다. "이 연구는 기술 성숙도를 정당화하고 광학 집적 회로를 통해 구현하는 것과 관련된 기술 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 네트워크 및 기타 응용 프로그램에 통합할 수 있습니다."

더 빠른 칩 기반 시스템 구축

이전 연구에서 연구원들은 기록적인 고속에서 QKD 전송을 달성하기 위해 표준 광섬유 기반 구성 요소로 수행되는 3상태 타임빈 QKD 프로토콜을 개발했습니다.

"이 새로운 연구에서 우리의 목표는 통합 포토닉스를 사용하여 동일한 프로토콜을 구현하는 것이었습니다."라고 Sax는 말했습니다. "네트워크에서 구현하거나 문제를 해결할 때 확인해야 할 구성 요소가 적고 통합 광자 시스템의 소형성, 견고성 및 조작 용이성은 보안 통신 기술로서 QKD의 위치를 ​​향상시킵니다."

QKD 시스템은 송신기를 사용하여 인코딩된 광자를 보내고 수신기를 사용하여 이를 감지합니다. 새로운 연구에서 제네바 대학 연구원들은 독일 베를린의 실리콘 포토닉스 회사 Sicoya GmbH 및 제네바의 양자 사이버 보안 회사 ID Quantique와 협력하여 광자 집적 회로와 외부 다이오드 레이저를 결합하는 실리콘 포토닉스 송신기를 개발했습니다.

QKD 수신기는 실리카로 만들어졌으며 광자 집적 회로와 두 개의 외부 단일 광자 검출기로 구성되었습니다. 이탈리아 밀라노에 있는 CNR 광자 및 나노기술 연구소의 Roberto Osellame 그룹은 펨토초 레이저 마이크로머시닝을 사용하여 수신기를 제작했습니다.

"송신기의 경우 광자 및 전자 집적 회로가 있는 외부 레이저를 사용하면 최대 2.5GHz의 기록적인 속도로 광자를 정확하게 생성하고 인코딩할 수 있습니다."라고 Sax는 말했습니다. "수신기의 경우 저손실 및 편광 독립적 광자 집적 회로와 외부 감지기 세트를 통해 전송된 광자의 수동적이고 간단한 감지가 가능했습니다. 이 두 구성 요소를 표준 단일 모드 광섬유와 연결하면 비밀 키의 고속 생성이 가능해졌습니다. ."