전례 없는 전송 속도

By Optica2023년 5월 29일

연구원들이 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. 크레딧: Rebecka Sax, 제네바 대학교

과학자들은 통합 포토닉스에 기반을 둔 양자 키 분배(QKD) 시스템을 제작하여 전례 없는 속도로 보안 키를 전송할 수 있게 되었습니다. 이러한 초기 개념 증명 실험은 고도로 안전한 통신 기술의 실제 배포를 향한 중요한 진전입니다.

원격 엔터티 간의 보호된 통신을 위해 기밀 키를 생성하는 검증된 기술인 QKD는 빛의 양자 속성을 활용하여 안전한 무작위 키를 생성합니다. 이러한 키는 데이터를 암호화하고 해독하는 데 사용됩니다. 보안을 위해 계산 복잡성에 의존하는 현재 통신 프로토콜과 달리 QKD의 보안은 물리학 원리를 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."

표시된 실리카 기반 QKD 수신기는 광자 집적 회로와 2개의 외부 단일 광자 검출기로 구성됩니다. 신용: Simone Atzeni, CNR-IFN

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 가지고 있습니다.

"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."

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 더 적은 통합 광자 시스템의 소형화, 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.

The QKD receiver was made of silica and consisted of a photonic integrated circuit and two external single-photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 광자 검출기. 이탈리아 밀라노에 있는 CNR 광자 및 나노기술 연구소의 Roberto Osellame 그룹은 펨토초 레이저 마이크로머시닝을 사용하여 수신기를 제작했습니다.