Los científicos alemanes han creado una nueva forma de generar fotones individuales infrarrojos basados en silicio. La fuente genera hasta 100 mil fotones por segundo. El enfoque podría combinar la criptografía cuántica con tecnologías de semiconductores populares.
La distribución de claves cuánticas se utiliza para garantizar la seguridad de los datos. La esencia del método es generar una clave de cifrado secreta compartida para dos usuarios remotos utilizando solo un canal de comunicación abierto. El método se basa en las leyes de la mecánica cuántica. Siempre se puede encontrar un tercero que esté intentando descifrar la clave. El proceso real de medir un estado cuántico conduce a anomalías: el indeterminismo cuántico. En este caso, la clave se genera correctamente solo si las anomalías no superan el umbral especificado.
Los protocolos de transmisión de la criptografía cuántica se basan en la transmisión de fotones individuales. Los fotones son cuantos de luz en forma de ondas electromagnéticas transversales. El sistema de fotón único proporciona seguridad al método. Si hay varios fotones, entonces se pueden interceptar y la clave se puede encontrar de la misma manera que lo hacen los usuarios permitidos. Pero hay característicasen fuentes de fotones individuales. A pesar de los avances realizados, en su creación se utilizan pulsos láser débiles. Y otro problema fundamental es el ruido. La fibra óptica se calienta de manera diferente debido a la transmisión de fotones individuales y, por lo tanto, puede doblarse. Debido a estas limitaciones, ahora existen límites para el ancho de banda de las comunicaciones cuánticas. Un cable estándar transmite 1,26 megabits por segundo a una distancia de 50 km. Y 1,16 bits por hora para una distancia de 404 km a través de un cable especial con una pérdida de datos ultrabaja.
Physics de la Universidad Técnica de Dresde, dirigido por Michael Hollenbach y científicos del Centro Helmholtz de Dresden-Rossendorf, ha creado un sistema de fuente de fotones único basado en obleas SOI de silicio. Los chips de silicio están en el corazón de todos los dispositivos modernos, incluidos los procesadores y microcontroladores. Como regla general, los microcircuitos están hechos de silicio monocristalino.
Usando un acelerador, los científicos alemanes colocaron átomos de carbono en el silicio. Dos átomos de C vecinos, junto con el átomo de silicio Si, formaron una molécula separada llamada centro G. El centro G emite fotones bajo un láser enfocado de 1,3 micrones. Los fotones de este tipo se propagan sin obstáculos a lo largo de la fibra óptica.
Un prototipo de generador, creado por físicos alemanes, puede crear alrededor de 100 mil fotones individuales. Todas las pruebas científicas se realizaron en una placa SOI instalada en un criostato de circuito cerrado Attocube 800 que proporcionó una temperatura de referencia de 4,6 K.
Los autores del estudio informan que fueron los primeros en demostrar la viabilidad de colocar emisores de fotón único en placas SOI industriales. También presentaron el concepto de implementar una plataforma fotónica que sea compatible con las tecnologías modernas de silicio.
El descubrimiento ayudará a integrar procesadores cuánticos y repetidores en sistemas existentes que utilizan componentes de silicio.
Los resultados de la investigación se publican en la revista Optis Express .
