Detectores de alto rendimiento con un rendimiento sin precedentes para combatir espías

La distribución de claves cuánticas es el esquema más efectivo para garantizar la seguridad de la información en presencia de computadoras cuánticas a gran escala. Sin embargo, sus tasas de clave secreta siguen estando limitadas a 10 Mbps debido a cuellos de botella en el lado del receptor. Un nuevo estudio describe un detector de fotón único superconductor multipíxel dedicado diseñado para altas tasas de conteo y discriminación de tiempo precisa.

La física cuántica puede combatir el robo de datos codificando la información en partículas individuales de luz y haciéndola circular por una fibra óptica. Los detectores de fotones individuales, en particular, podrían funcionar mejor para la amplia aplicación de la tecnología de telecomunicaciones. Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE) e ID Quantique han multiplicado por veinte su velocidad. Esta innovación, por descubrir, hace posible lograr un rendimiento sin precedentes en la distribución de claves cuánticas.

La criptografía cuántica, o distribución de claves cuánticas, permite que dos partes generen claves secretas compartidas y las transmitan a través de fibras ópticas de forma muy segura. Esto se debe a que las leyes de la mecánica cuántica establecen que una medida afecta el estado del sistema que se mide. Por lo tanto, si un espía intenta medir los fotones para robar la clave, la información cambiará instantáneamente y se detectará la intercepción.

Sin embargo, la velocidad de los detectores de fotones individuales utilizados para recibir información está limitada a 30 nanosegundos, lo que limita la velocidad de transferencia de claves secretas a 10 megabits por segundo.
Los científicos de este estudio han superado esta limitación mediante el desarrollo de un detector de mejor rendimiento. Puede ser hasta veinte veces más rápido que una máquina de un solo hilo.

Vadre Gronnenfelder, ex estudiante de doctorado en el Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de UNIGE y primer autor del estudio, explica: Actualmente, los detectores más rápidos para nuestra aplicación son los detectores de un solo fotón de nanocables superconductores. Estos dispositivos contienen un cable superconductor que se enfría a -272°C. Si un solo fotón lo golpea, se calienta. Dejan de ser superconductores por un corto tiempo y, por lo tanto, generan una señal eléctrica detectable. Cuando el cable se enfría de nuevo, se puede detectar otro fotón».

Lograron tasas de detección récord al incorporar catorce nanocables en su detector, que puede ser veinte veces más rápido que un dispositivo de un solo cable. Los nanocables utilizados también son más cortos, lo que ayuda a reducir el tiempo de recuperación. Los investigadores pudieron generar una clave secreta a una velocidad de 64 megabits por segundo en 10 kilómetros de cable de fibra óptica, cinco veces el rendimiento de la tecnología actual en esa distancia.

Hugo Zbinden Él dijoY «Nuestros detectores pueden contar veinte veces más rápido que un dispositivo de un solo cable. Si dos fotones llegan en poco tiempo a estos nuevos detectores, pueden tocar diferentes cables y ambos pueden ser detectados. Con un solo cable, eso es imposible».

Estos hallazgos abren posibilidades para la transmisión de datos ultra segura, lo que puede beneficiar a los bancos, los sistemas de salud, los gobiernos y las fuerzas armadas. También se pueden utilizar en otros campos donde la detección de luz es esencial, como la astronomía y la imagenología médica.

Este resultado allana el camino para las aplicaciones confidenciales que requieren una clave, como el cifrado seguro de video en tiempo real y el tablero de una sola vez en un área urbana. Estos hallazgos abren nuevas vías para la criptografía cuántica.

Referencia de la revista:

1. Grünenfelder, Boaron, et al. Los rápidos detectores de fotones individuales y la destilación de claves en tiempo real permiten sistemas de distribución de claves cuánticas con una alta tasa secreta. DOI: 10.1038 / s41566-023-01168-2