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Jun 03, 2023

데이터 통신을 위한 뚫을 수 없는 암호화: 연구원들이 실험실 외부에서 양자 키 배포를 수행합니다.

By The Optical Society 2021년 6월 18일 현장 시험에서는 간단한 QKD 시스템이 이탈리아의 기존 통신 네트워크와 작동하는 것을 보여줍니다. 새로운 연구에서 연구자들은 자동화되고 작동하기 쉬운

작성자: The Optical Society2021년 6월 18일

현장 시험에서는 간단한 QKD 시스템이 이탈리아의 기존 통신 네트워크와 작동하는 것을 보여줍니다.

새로운 연구에서 연구원들은 이탈리아 파도바(Padua) 시에서 광섬유 네트워크를 사용하여 자동화되고 작동하기 쉬운 양자 키 분배(QKD) 시스템을 시연했습니다. 현장 테스트는 전 세계 여러 지역에 이미 존재하는 통신 네트워크 유형을 사용하여 매우 안전한 양자 통신 기술을 구현하기 위한 중요한 단계를 나타냅니다.

QKD는 빛의 양자 특성을 사용하여 데이터 암호화 및 해독을 위한 안전한 무작위 키를 생성하므로 데이터 통신에 뚫을 수 없는 암호화를 제공합니다.

Luca Calderaro 및 Giulio Foletto와 함께 새로운 연구의 공동 저자이자 이탈리아 파도바 대학(Università degli Studi di Padova)의 Marco Avesani는 "QKD는 키 교환 프로세스에 무조건적인 보안을 제공하기 때문에 보안이 가장 중요한 모든 상황에서 유용할 수 있습니다"라고 말했습니다. . “예를 들어 병원 간에 전송되는 건강 데이터나 은행 간 자금 이체 등을 암호화하고 인증하는 데 사용할 수 있습니다.”

연구원들은 이탈리아 파도바에서 광섬유 네트워크를 통해 새로운 간단한 QKD 시스템을 시연했습니다. 시내 지도[©2021 Google]를 보면 송신기는 UniPD ICT센터에, 수신기는 수학과에 위치해 있는 것을 알 수 있다. 송신기와 수신기는 3.4km의 배치된 광섬유로 연결되었습니다. 출처: QuantumFuture Group, Università degli Studi di Padova

Avesani는 "QKD 시스템에는 일반적으로 복잡한 안정화 시스템과 추가 전용 동기화 하드웨어가 필요합니다."라고 말했습니다. “우리는 완전한 QKD 시스템을 개발했습니다.

표준 통신 장비와 직접 인터페이스되며 동기화를 위해 추가 하드웨어가 필요하지 않습니다. 이 시스템은 서버실에서 흔히 볼 수 있는 랙 인클로저에 쉽게 맞습니다.”

QKD에 필요한 양자 상태를 생성하기 위해 연구진은 단일 광자의 편광을 조작하기 위한 새로운 인코더를 개발했습니다. 연구원들이 iPOGNAC이라고 부르는 이 인코더는 빈번한 재보정이 필요하지 않은 고정되고 안정적인 편광 기준을 제공합니다. 이 기능은 재보정을 수행하기 어려운 자유 공간 및 위성 양자 통신에도 유리합니다.

Calderaro는 "우리가 개발한 기술 덕분에 시스템을 실험실에서 현장 시험 장소로 옮겼을 때 소스가 양자 상태를 생성할 준비가 되어 있었습니다."라고 말했습니다. "우리는 대부분의 QKD 시스템에 필요한 느리고 종종 실패하기 쉬운 정렬 절차를 수행할 필요가 없었습니다."

새로운 QKD 시스템의 전체 송신기는 서버실에서 흔히 볼 수 있는 19인치 랙 인클로저에 맞습니다. 출처: Luca Calderaro, Università degli Studi di Padova

또한 연구원들은 두 QKD 사용자의 컴퓨터를 동기화하기 위해 Qubit4Sync라고 하는 새로운 동기화 알고리즘을 개발했습니다. 새로운 시스템은 동기화를 위해 전용 추가 하드웨어와 추가된 주파수 채널을 사용하는 대신 소프트웨어와 QKD에 사용되는 것과 동일한 광 신호를 사용합니다. 이로 인해 시스템이 더 작고 저렴해지며 기존 광 네트워크에 통합하기가 더 쉬워집니다.

새로운 시스템을 테스트하기 위해 연구원들은 두 개의 QKD 터미널을 파도바의 서로 다른 구역에 있는 약 3.4km 떨어진 두 개의 대학 건물로 가져왔습니다. 그들은 대학 통신 네트워크의 일부인 두 개의 지하 광섬유에 시스템을 연결했습니다. 이러한 섬유는 큐비트를 운반하는 양자 채널과 보조 정보를 전송하는 데 필요한 클래식 채널을 지원합니다.

Foletto는 “현장 시험은 성공적이었습니다.”라고 말했습니다. “우리는 우리의 간단한 시스템이 초당 킬로비트의 속도로 비밀 키를 생성할 수 있으며 사람의 개입이 거의 없이 실험실 외부에서 작동한다는 것을 보여주었습니다. 설치도 쉽고 빨랐습니다.”

공개 시연에서 연구원들은 파도바 대학교 총장과 수학과장 간의 양자 보안 화상 통화를 활성화하기 위해 설정을 사용했습니다. 연구원들은 이 시스템의 성능이 비밀 키 생성 속도 측면에서 다른 상업용 QKD 시스템과 비슷하면서도 구성 요소 수가 적고 기존 광섬유 네트워크에 통합하기가 더 쉽다는 점에 주목했습니다.