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量子通信电子学

从增加密钥长度的经典加密算法转向基于纠缠量子的通信。

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到目前为止,我们的安全数字通信是在基于密钥的加密原理上工作的。这涉及到生成适当长度的密钥,然后使用该密钥加密数据。因为分发密钥很困难,所以密钥被重用,而不是定期生成新的密钥。

密钥的常规使用使得加密过程容易受到数学方法的攻击。由于数学方法恢复密钥所需的计算时间随密钥长度呈指数级增长,因此目前可以通过适当的密钥长度来防止此类攻击。这意味着今天的密钥长度必须适应不断增长的计算技术潜力。

然而,正在恢复的当前加密方法中使用的密钥的最大危险来自量子计算机的使用。因为该区域的开发正在快速地进行,所以可以使用能够在第二个分数中恢复电流和未来密钥长度的量子计算机。这是可能的,因为对于量子计算机,密钥恢复时间与关键长度而不是指数线性缩放。然后,经典加密算法将不再是安全的,因为延长密钥不会提供额外的安全性。

由于预见到这种情况,在量子通信领域进行了数年的研究。这里的重点是通过纠缠量子(以光子的形式)进行安全通信。这需要生成纠缠量值,并将一个量值发送给接收方,而另一个量值保留给发送方。纠缠量子具有两种量子相同的特殊性质。如果量子在发送给接收者的途中被截获,然后在操作后反馈到流中,它将失去加密对的典型属性。在到达接收方后,可以通过与发送方持有的量进行比较来发现操作。

量子通信的系统设计是复杂的光电系统。需要一个带有(半)透明镜子的复杂光学装置来产生纠缠光子。还需要各种电子元件来控制必须经常在极短时间尺度下工作的光子源。

光子通常用单光子探测器探测。可达到的能级非常低,分析这种低能级需要电子元件。此外,分析电子学必须在极快的速度下工作——通常需要在GHz范围内的分析速率。

还需要高精度仪器来测量来自单个光子检测器的电压脉冲的到达时间。需要各种数学方法来恢复各个光子状态,以确保接收的光子保持与发件人持有的对应物相同的状态。这里使用复数信号处理器,其经常设计为FPGA和DSP的组合。

目前所需要的电子产品是由单个组件制造的。然而,如果量子通信要成为标准,电子元件必须在少数几个电路中实现。目前,第一批子组件的工作正在开始,如快速模数转换器(adc)以及由FPGA和DSP组成的数字分析电子学。



1评论

苏裴 说:

用于量子通信的电子元件,它们是在低温条件下工作的吗?

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