Ultrarychlý zdroj fotonů otevírá cestu ke kvantovému internetu  
Nový kvantový emitor chrlí 35 milionů jednotlivých fotonů za sekundu. S takovým zařízení je extrémně zabezpečená kvantová komunikace zase o pořádný kus blíž.
Bude kvantová komunikace hackuvzdorná? Kredit: MIT/ Mikhail Shalaginov.
Bude kvantová komunikace hackuvzdorná? Kredit: MIT/ Mikhail Shalaginov.

Žijeme v době hackerské. Kybernetičtí útočníci napadají úplně všechno, co je připojeno online, od sociálních médií až po tajné vládní sítě. Alespoň z části by je mohl zastavit kvantový internet, který by využíval komunikaci pomocí fotonů. Vývoj kvantové komunikace v současnosti ovšem vázne na nedostatečném množství jednotlivých fotonů, které mohou nést informaci. Stávající kvantové emitory jich za pokojové teploty vysílají příliš málo.

 

Simeon Bogdanov. Kredit: S. Bogdanov.
Simeon Bogdanov. Kredit: S. Bogdanov.

Simeon Bogdanov z americké Purdueovy univerzity a jeho kolegové vyvinuli novou technologii, se kterou je možné emitovat potřebné fotony stokrát rychleji, než to bylo doposud možné. Jejich kvantový emitor chrlí přes 35 milionů jednotlivých fotonů za sekundu. Zvýšení rychlosti produkce těchto fotonů podle Bogdanova umožňuje poslat za sekundu nikoliv sotva větu kvantové komunikace, ale poměrně velký kus informace, který odpovídá souboru megabytové velikosti, a to s extrémně vysokým zabezpečením. Výzkum jejich týmu nedávno uveřejnil časopis Nano Letters.

 

Vysoká rychlost produkce potřebných fotonů by teď mohla umožnit vznik ultrazabezpečeného kvantového internetu. Budou ho tvořit zařízení, která si budou posílat rychlé proudy jednotlivých fotonů nesoucích informaci. Bogdanov optimisticky tvrdí, že pak by nezáleželo na tom, jak bude hacker technologicky vyspělý. Fyzikální zákony podle něj neumožňují, aby hackeři infiltrovali komunikaci kvantovými kanály, aniž by to někdo detekoval. Na kvantové úrovni jsou částice příliš citlivé na takový typ narušení. Nicméně, autor komentáře by hackery tak úplně nepodceňoval. Určitě budou intenzivně hledat cestu, jak kvantovou komunikaci nabořit, přímo, či nějakou rafinovanou oklikou. Každopádně s tím ale budou mít dost práce.

 

Posílání informací prostřednictvím fotonů je hrou s pravděpodobností. Přenesení 1 bitu informace může zabrat více pokusů. Tím spíš platí, že čím více potřebných fotonů jejich zdroj vygeneruje, tím rychlejší je úspěšný přenos informace. Bogdanov k tomu podotýká, že zdroj sice může generovat ohromné množství fotonů za sekundu, ale k přenosu informace jich je možné ve skutečnosti využít jen málo.

 

Aby Bogdanov a spol. dosáhli rychlejší kvantové komunikace, tak vyladili proces excitace elektronů laserovými pulzy ve speciálně upravené krystalové mřížce. Použili k tomu nanodiamanty o velikosti pouhých 10 nanometrů, které uzavřeli mezi kostkou ze stříbra a tenký stříbrný film. V nanodiamantech vystopovali defekty, takzvaná nitrogen-vacancy (NV) centra, která vznikají nahrazením 2 atomů uhlíku z krystalové mřížky diamantu atomem dusíku (nitrogen) a prázdným místem (vacancy).


K těmto NV centrům na nanodiamantech připojili kovové nanoantény, které dovedou přeměnit plazmony přicházející z NV centra na fotony. Zní to jako nanomagie, ale takové zařízení chrlí jednotlivé fotony obrovskou rychlostí. S podobnými zdroji fotonů teď kvantová komunikace může dramaticky zrychlit. Výborné je, že nový kvantový emitor fotonů pracuje za pokojové teploty. Srovnatelně výkonná zařízení přitom doposud fungovala za velice nízkých teplot, což je dost nepraktické. Bogdanov s kolegy teď adaptují kvantový emitor na čipy, aby ho bylo možné využít v dalších technologiích.

Video:  Vlad Shalaev, "Metamaterial-enhanced single-photon source"


Literatura
Phys.org 16. 10. 2018, Nano Letters 18: 4837–4844.

Datum: 17.10.2018
Tisk článku

Kvantový doktor ? Kvantový fyzik nás provádí zdravím a léčbou - Goswami Amit, D Ph.
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 279 Kč
cena: 276 Kč
Kvantový doktor ? Kvantový fyzik nás provádí zdravím a léčbou
Goswami Amit, D Ph.
Související články:

Nejmenší a nejodolnější rádio světa funguje díky defektům v diamantu     Autor: Stanislav Mihulka (20.12.2016)
Kvantové rádio umožní komunikaci a navigaci pod zemí a pod vodou     Autor: Stanislav Mihulka (06.01.2018)
Fyzici stopují časové krystaly v běžných krystalech pro děti     Autor: Stanislav Mihulka (05.05.2018)
První praktický kvantový generátor náhodných čísel by měl zastavit kyberútoky     Autor: Stanislav Mihulka (08.07.2018)



Diskuze:

Zajímalo by mě jak chtějí tohle routovat

Jan Novák9,2018-10-19 19:41:00

Pokud posílají entanglovaný bit navíckrát jak zjistí jestli někdo neodposlechl ty fotony které nedošly.

Vypadá to jako poin-to-point spojení bez možnosti zesílení nebo směrování. To má daleko k internetu. Dráty se dnes nehackujou, všechno jde po optice, stovky simultánních kanálů v každém vláknu.

Odpovědět

Lide jsou hacknutelni nejsnaze

Jakub Preclík,2018-10-18 07:52:06

Na obou koncich kazde sifrovane linky jsou lide. S kvantovou komunikaci to bude o neco lepsi, protoze si nebudou moci navzajem vykecat sifrovaci klic. Podle toho co ja vim, odposlouchavat po ceste bylo vzdycky drahe. Mnohonasobne drazsi, nez porizeni fotky klicoveho pracovnika s jeho milenkou.

Odpovědět


Re: Lide jsou hacknutelni nejsnaze

Alexandr Kostka,2018-10-18 11:26:50

Poslat jemu a pár lidem z okolí "správně sociálně inženýrsky vymakaný" návod na zavirování vlastního počítače je ještě levnější a rychlejší. Na antiviry a obranná opatření zapomeňte. Jakmile je člověk přesvědčený, že si dotyčný program chce spustit, dokáže to a antivir nemá čanci.

Odpovědět


Re: Re: Lide jsou hacknutelni nejsnaze

Jiří Kocurek,2018-10-19 15:57:18

Vlastní počítač? ... Úplně nejlepší je prolobovat si zákon, že obchodník musí spolu s účtenkou (celková částka) zaslat navíc položkový výpis zakoupeného zboží a k tomu ještě prosadit i zaslání čísla karty.
No a k těmto datům mají pak přístup stovky až tisíce úředníků finančního úřadu. Takže je mnohem lepší "adresně namotivovovat" někoho, kdo má přístup do zákonem vynucených datových skladů a brát "celonárodní jackpot". Aféra jako v Dixons Carphone se může přihodit i státní instituci. Na co obíhat Bědřichy, Franty, Uršuly a získat údaje tu a tam od někoho.

Kvantové šifrování nemá pro Frantu* význam a hádám, že příštích 20 let mít nebude. Do chvíle, než si Franta otevře velkoobchod s nákupem/prodejem v dalekých krajích a bude potřebovat mezinárodní transakce.
Tady v ČR spíš Frantovi hrozí tahání po úřadech a pokuta za to, že koupil nevěstě kytku a ta z ní neodvedla darovací daň. Přejeme vše nejlepší novomanželům. (Taková pokuta není zločin proti lidskosti?)

*) Poprosím případného čtenáře Frantu, aby to bral s nadhledem, je-li v oboru bepečnosti dat odborníkem.

Odpovědět


Re: Re: Re: Lide jsou hacknutelni nejsnaze

Alexandr Kostka,2018-10-20 01:30:06

Pasivní sledování je fajn, zmíněný Franta se před ním prakticky nemá jak bránit, obzvláště, když si chce dát účtenky do nákladů. Ovšem má drobné nedostatky. Zjistíte, že devátého jel Franta do Brna. zjistíte, kde tankoval a že si dal kafe. Zjistíte, že poseděl s obchodním partnerem Tondou v hospodě "Pod Špilasem." Zjistíte, co měl k jídlu i to, že si dal tři piva a tudíž pak jel zpátky do prahy lehce pod vlivem. Jenže co nezjistíte je, o čem se s Tondou bavili. Jestli šlo o vylévání srdce, že mu stará zahýbá, nebo o obchodní plány na příětí kvartál. A k tomu se právě hodí rootkit v telefonu nebo notebooku, který vám tu schůzku nahraje a pak u nejbližší veřejné wifi odešle.

PS: omlouvám se i případným Tondům :)

Odpovědět

pouhé teorie...

Petr Petr,2018-10-17 20:28:03

V samotném zařízení půjde nalézt nezamýšlené kanály, kterými uniká informace. Nejde jen o bezpečnost vlastního přenosu. Pak jde vždy o důvěryhodnost k výrobci, že tam nedal zadní vrátka. Ale proklamace bezpečnosti musí být otestováno jinými. O tom tu nic není. Jen sebevědomé tvrzení. Jde spíš o základní výzkum. Až aplikace ukáže pravdu. Zatím publish a zda myšlwnka perish, to zapadne až v hlubinách času. Jen další výkřik do tmy. Stačí mít keylogger. I kdyby to fungovalo, tak by muselo jít o přímé připojení mozků. Jinak to lze kdekoliv nabourat...

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace