gennem en optisk fiber, og igen i 2016,
hvor dette blev udvidet til 661 Tbit/s.
Rekorden kunne bl.a. lade sig gøre,
fordi forskerne benyttede optiske fibre
(glastråde) med flere kerner, som lyset
kan løbe i – også kaldet en multikernefiber.
I 2015 spekulerede forskergruppen
på, om de kunne udnytte deres viden
og det avancerede teknologiske udstyr
fra deres rekord-dataoverførsler til
kvantekrypteringsområdet.
”Vi kunne konstatere, at den gængse
måde at lave QKD på svarer til den
måde, vi udnyttede fotoner til dataoverførsel
på for mange år siden, hvor
én foton kun repræsenterer én bit.
Derfor blev vi nysgerrige på, om vi
kunne overføre vores nyere metoder
fra datatransmissionen til kvantekrypteringsområdet,”
siger Leif Katsuo
Oxenløwe, hvis grundforskningscenter
derfor gik i gang med at eksperimentere
med at bruge optiske fibre med
flere kerner (multikernefibre) til at lave
kvantekrypteringsnøgler.
Udnytter optiske multikernefibre
Ved at sende fotonen ind i en multikernefiber
kan man udnytte en rumlig
dimension, der opstår, fordi der er flere
Om SPOC
Grundforskningscenteret Silicon Photonics for
Optical Communications (SPOC) udvikler det videnskabelige
grundlag inden for datatransmission, hvor
der stræbes efter den ultimative datakapacitet.
Målet er at reducere internettets massive energiforbrug.
Centeret udvikler bl.a. nye lyskilder til ultra-bredbåndede
superkanaler og til sikker kommunikation.
Silicium er centralt i denne forskning, idet silicium
bruges til at lave optiske chips, der kan skabe
særligt rumligt fordelt lys og lave ultrahurtig signalbehandling
og udsende ultra-bredbåndet lys og
enkeltfotoner.
www.spoc.dtu.dk
veje gennem fiberen. I SPOC’s første
eksperiment udnyttede forskerne fire
kerner i en optisk multikernefiber, forklarer
fotonik-professoren:
”Når vi bruger fire kerner, har
fotonen potentielt fire veje gennem
fiberen. Ved at udnytte at fotonen kan
være op til fire forskellige steder på
samme tid, kan vi øge information pr.
foton. I dette første eksperiment har
vi vist, at vi kan styre, hvilke kerner
fotonen skal benytte, og vi kan endda få
den til at vælge flere kerner på samme
tid,” siger Leif Katsuo Oxenløwe.
Eksperimentet viser, at SPOC-forskerne
med den nye metode kan
fordoble bitraten på en kvantekrypteringsnøgle,
og i 2017 publicerede
forskergruppen dette første resultat
i Natures online partnerjournal ’npj
Quantum Information’.
Mere detaljeret og længere nøgle
Fordelen ved en kvantekrypteringsnøgle
med højere bitrate er, at nøglen
bliver ’længere’. En nøgle skal bl.a. være
lige så lang (have lige så mange bit)
som den information, man ønsker at
kryptere, for at garantere absolut ubrydelighed.
SPOC’s løsning er således
et vigtigt skridt i retning af at skabe
absolut sikre nøgler, der passer med de
meget høje bitrater, der sendes rundt
på internettet i dag. Forskergruppen
eksperimenterer i øjeblikket med at
udnytte optiske fibre med endnu flere
kerner for at opnå endnu højere bitrater
på kvantekrypteringsnøglerne.
Leif Katsuo Oxenløwe, professor,
DTU Fotonik, leder af SPOC (Silicon
Photonics for Optical Communications),
lkox@fotonik.dtu.dk
lave
fotonens
udnyttes. Det
rejse
eks.
den
Når fotonerne ankommer
hos Bob, måles deres
superpositioner, dvs. hvilke
kerner fotonen har benyttet
gennem den optiske fiber. På den
måde kan målingerne ’oversætte’
fotonernes superposition til
1-taller og nuller.
Bob melder sine
målinger tilbage til
Alice. Alice sammenligner
dem med det, hun sendte, og
verificerer, at informationerne
stemmer overens.
Alice og Bob deler nu den
samme version af nøglen.
Bob modtager den
krypterede besked.
Bob modtager den
krypterede besked.
Alice ’blander’
nøglen med den
Bob dekrypterer indholdet
ved at ’trække’ nøglen ud
og kan nu læse den
oprindelige besked.
Bob dekrypterer indholdet
ved at ’trække’ nøglen ud
og kan nu læse den
oprindelige besked.
besked, hun vil sende
til Bob og sender den
krypterede besked til
Bob.
Alices besked:
Besked binært:
Tilføjer kvantenøglen:
Krypteret besked:
Bob modtager den
krypterede besked.
Bob modtager den
krypterede besked.
Bob dekrypterer indholdet
ved at ’trække’ nøglen ud
og kan nu læse den
oprindelige besked.
Bob dekrypterer indholdet
ved at ’trække’ nøglen ud
og kan nu læse den
oprindelige besked.
Hi
Bob modtager den
krypterede besked.
Bob dekrypterer indholdet
ved at ’trække’ nøglen ud
og kan nu læse den
oprindelige besked.
0100100001001001
0011010100101100
0111110101100101
3 4
5 6
Chip
Foton i
superposition i
kerne B og D:
0111
Optisk fiber
fotonens
Det
rejse
eks.
Når fotonerne ankommer
hos Bob, måles deres
superpositioner, dvs. hvilke
kerner fotonen har benyttet
gennem den optiske fiber. På den
måde kan målingerne ’oversætte’
fotonernes superposition til
1-taller og nuller.
Bob melder sine
målinger tilbage til
Alice. Alice sammenligner
dem med det, hun sendte, og
verificerer, at informationerne
stemmer overens.
Alice og Bob deler nu den
samme version af nøglen.
Alice ’blander’
nøglen med den
besked, hun vil sende
til Bob og sender den
krypterede besked til
Bob.
Alices besked:
Besked binært:
Tilføjer kvantenøglen:
Krypteret besked:
Hi
0100100001001001
0011010100101100
0111110101100101
3 4
5 6
Chip
Foton i
superposition i
kerne B og D:
0111
Optisk fiber
måde at lave
er, at fotonens
egenskab udnyttes. Det
den kan rejse
samme tid
fotonen f.eks.
D bærer den
Når fotonerne ankommer
hos Bob, måles deres
superpositioner, dvs. hvilke
kerner fotonen har benyttet
gennem den optiske fiber. På den
måde kan målingerne ’oversætte’
fotonernes superposition til
1-taller og nuller.
Bob melder sine
målinger tilbage til
Alice. Alice sammenligner
dem med det, hun sendte, og
verificerer, at informationerne
stemmer overens.
Alice og Bob deler nu den
samme version af nøglen.
Alice ’blander’
nøglen med den
besked, hun vil sende
til Bob og sender den
krypterede besked til
Bob.
Alices besked:
Besked binært:
Tilføjer kvantenøglen:
Krypteret besked:
Hi
0100100001001001
0011010100101100
0111110101100101
3 4
5 6
Chip
Foton i
superposition i
kerne B og D:
0111
Optisk fiber
fotonerne ankommer
måles deres
dvs. hvilke
har benyttet
optiske fiber. På den
målingerne ’oversætte’
superposition til
Bob melder sine
målinger tilbage til
Alice. Alice sammenligner
dem med det, hun sendte, og
verificerer, at informationerne
stemmer overens.
Alice og Bob deler nu den
samme version af nøglen.
Alice ’blander’
nøglen med den
besked, hun vil sende
til Bob og sender den
krypterede besked til
Bob.
Alices besked:
Besked binært:
Tilføjer kvantenøglen:
Krypteret besked:
Hi
0100100001001001
0011010100101100
0111110101100101
4
5 6
Chip
0111
Når fotonerne ankommer
hos Bob, måles deres
superpositioner, dvs. hvilke
fotonen har benyttet
gennem den optiske fiber. På den
kan målingerne ’oversætte’
fotonernes superposition til
og nuller.
Bob melder sine
målinger tilbage til
Alice.Alice sammenligner
dem med det, hun sendte, og
verificerer,at informationerne
stemmer overens.
Alice og Bob deler nu den
samme version af nøglen.
Alice ’blander’
nøglen med den
besked, hun vil sende
til Bob og sender den
krypterede besked til
Bob.
Alices besked:
Besked binært:
Tilføjer kvantenøglen:
Krypteret besked:
Hi
0100100001001001
0011010100101100
0111110101100101
4
5 6
Chip
i
superposition i
B og D:
0111
DYNAMO 54 09 18 DTU 23