توشیبا تراشه فوتونیکی طراحی و ساخته است که توزیع کلید کوانتومی کاملی را ارائه می دهد و می‌توان با استفاده از آن ارتباط امن داده‌ها را انجام داد.
ساخت تراشه فتونیکی برای انتقال امن داده‌ها در فضای اینترنت
یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که دانشمندان توشیبا یک سیستم تراشه فوتونیکی ساخته‌اند که قادر به ارتباطات کوانتومی تقریبا غیرقابل شکست با عملکرد کافی برای ایمن کردن تماس‌های ویدیویی در فواصل شهری و پایداری کافی برای کار مداوم برای روزها است.
کامپیوترهای کوانتومی از نظر تئوری می‌توانند روش‌های رمزگذاری که در حال حاضر برای ارتباطات ایمن استفاده می‌شود را بشکنند. برای مقابله با این تهدید، دانشمندان در سراسر جهان در حال توسعه فناوری رمزنگاری کوانتومی برای مقاومت در برابر چنین حملاتی هستند.
رمزگذاری بستگی به این دارد که فرستنده و گیرنده کلیدی را به اشتراک بگذارند که محتوای پیام را رمزگشایی کند. با توزیع کلید کوانتومی، فرستنده و گیرنده کلیدهای مخفی تصادفی رمزگذاری شده‌ای در ذرات را به اشتراک می‌گذارند که معمولاً این کلیدها جفت فوتون‌هایی هستند که همزمان ایجاد می‌شوند. هر فوتون با شریک خود مرتبط یا «درهم‌تنیده» است، بنابراین هر استراق سمع بالقوه‌ای که به دنبال رهگیری این کلیدها باشد، داده‌های خود را به گونه‌ای تغییر می دهد که هم فرستنده و هم گیرنده بتوانند تشخیص دهند. توشیبا تخمین می‌زند که بازار توزیع کلید کوانتومی تا سال ۲۰۳۵ به حدود ۲۰ میلیارد دلار درجهان برسد.
در تحقیقات قبلی فرستنده‌ها و گیرنده‌های کوانتومی روی تراشه‌های فوتونیکی ادغام شده بودند. با این حال، توشیبا اعلام کرد که در کار قبلی از مولدهای اعداد تصادفی کوانتومی مورد نیاز برای اثبات غیرقابل پیش‌بینی بودن کلیدهای این سیستم‌های رمزنگاری و ایمن بودن، استفاده نکرده بود.
تائوفیک پارایسو، نویسنده ارشد این مطالعه و از محققان توشیبا می گوید: «تاکنون، نمایش مدارهای مجتمع فوتونیک برای توزیع کلید کوانتومی به اجزای منفرد محدود می‌شد.»
اکنون تائوفیک پارایسو و همکارانش یک سیستم ارتباط کوانتومی امن ایجاد کرده‌اند که ریزتراشه‌های فرستنده و گیرنده کوانتومی را با یک مولد اعداد تصادفی کوانتومی مبتنی بر تراشه ترکیب می‌کند که با سرعت ۴ میلیارد بیت در ثانیه کار می‌کند. تائوفیک پارایسو می‌گوید: «در آزمایش‌ها، نشان داده شد که این سیستم در فیبر شهری کار می‌کند و عملکرد بالا را در طی چند روز بدون نیاز به هیچ گونه مداخله کاربر حفظ می‌کند.»
دانشمندان در فواصل ۱۰ کیلومتری به سرعت تولید کلیدی در حدود ۴۷۰۰۰۰ بیت در ثانیه در طی تقریباً پنج روز دست یافتند که به اندازه کافی برای ایمن کردن تماس‌های ویدیویی مناسب بود. در فواصل ۵۰ کیلومتری، آن‌ها به سرعتی در حدود ۲۸۰۰۰ بیت در ثانیه در مدت تقریباً ۱۲ ساعت دست یافتند.
تمام این تراشه‌های فوتونیکی با استفاده از فرآیندهای نیمه‌رسانای معمولی ساخته شده‌اند که به گفته توشیبا می‌تواند به گسترش انبوه ارتباطات کوانتومی کمک کند. این مدارهای نیمه هادی همچنین بسیار کوچک‌تر و سبک‌تر از همتایان فیبر نوری هستند که معمولاً در توزیع کلید کوانتومی استفاده می‌شوند و همچنین انرژی کمتری مصرف می کنند.
محققان نشان دادند که می‌توانند سیستم خود را در کیس‌های رک‌مونت فشرده ۱U جمع‌آوری کنند، نوعی رک که در سرورها دیده می‌شود. تراشه‌ها در ماژول‌های CFP2 بسته‌بندی می‌شوند که یک فرمت گسترده در ارتباطات پرسرعت از راه دور است. دانشمندان همچنین نشان دادند که می توانند سیستم خود را به یک رمزگذار تجاری صنعتی وصل کنند که امکان انتقال امن داده با حداکثر ۱۰۰ میلیارد بیت در ثانیه را فراهم می کند.
دانشمندان جزئیات یافته‌های خود را در مجله Nature Photonics ارائه کردند.
