Varşova Üniversitesi Fizik Fakültesi'nden bir ekip, şehir altyapısı içinde kuantum anahtar dağıtımı (QKD) için yenilikçi bir sistem geliştirdi ve test etti. Bu yaklaşım, 1836'da tanımlanan zamansal Talbot etkisi fenomeninden ilham alarak, yüksek boyutlu kodlama kullanıyor ve mevcut QKD sistemlerine kıyasla daha basit ve ölçeklenebilir bir yapı sunuyor.
Varşova Üniversitesi Kuantum Fotonik Laboratuvarı başkanı Dr. Michał Karpiński'nin belirttiği üzere, araştırmaları kuantum anahtar dağıtımı üzerine odaklanıyor. Bu teknoloji, iki taraf arasında güvenli bir kriptografik anahtar oluşturmak için tekil fotonları kullanır. Geleneksel QKD'nin kübitleri kullanmasına karşın, bu yeni sistem çok boyutlu kodlama gerektiriyor ve kübitlerin ikili sonuçlarının ötesine geçerek, birden fazla değeri temsil edebilen daha karmaşık kuantum durumlarını inceliyor.
Araştırmacılar, fotonların zaman-bin süperpozisyonlarına odaklanarak, bir fotonun eş zamanlı olarak daha erken ve daha geç durumların bir kombinasyonunda bulunmasını sağlıyor. Bu tür bir süperpozisyondaki tekil bir fotonun tespit zamanı, ışık dalgasının fazında bilgi kodlayarak rastgele bir sonuç üretiyor. Ekip, Talbot etkisinden esinlenerek, ışığın bir kırınım örgüsünden geçerken düzenli aralıklarla yeniden belirmesi prensibini zaman alanına taşıdı. Bu etki, optik bir fiber gibi dağıtıcı bir ortamda bir dizi ışık darbesi yayıldığında da zaman içinde gerçekleşiyor.
Varşova Üniversitesi araştırma ekibi, kolayca bulunabilen ticari bileşenler kullanarak deneysel bir dört boyutlu QKD sistemi tasarladı. Sistemin önemli bir yeniliği, karmaşık interferometre ağlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırarak, süperpozisyonların tek bir foton dedektörü ile tespit edilebilmesidir. Bu, ölçüm sisteminin hem karmaşıklığını hem de maliyetini önemli ölçüde azaltıyor. Ayrıca, bu yeni yöntem, alıcının ayrı ve zaman alan kalibrasyonuna olan ihtiyacını ortadan kaldırıyor.
Sistemin güvenliği, laboratuvar optik fiberlerinde ve Varşova Üniversitesi'nin birkaç kilometrelik fiber altyapısı üzerinde test edildi. Araştırmacılar, aynı verici ve alıcıyı kullanarak iki ve dört boyutlu kodlama ile QKD'yi başarıyla göstererek, yüksek boyutlu kodlamanın daha yüksek bilgi verimliliğini doğruladılar. Kuantum anahtar dağıtımının teorik güvenliği, temel varsayımlar altında kanıtlanabilir olması büyük bir avantajdır. Ancak, birçok QKD protokolünün standart tanımının eksik olduğu ve bu yeni yöntemin de paylaştığı bir güvenlik açığı bulunduğu ortaya çıktı. İtalyan ve Alman araştırma gruplarıyla işbirliği içinde ekip, bu güvenlik açığını ele aldı ve daha fazla veri toplamak için alıcıda bir modifikasyon geliştirerek güvenlik kusurunu ortadan kaldırdı. Yeni protokolün güvenlik kanıtı Physical Review Applied'da yayınlandı.
Bu gelişme, kuantum kriptografinin pratik uygulamasına doğru önemli bir adım olup, şehir ortamlarında veri iletim güvenliğini potansiyel olarak güçlendirecektir. Bu teknoloji, sadece güvenliği artırmakla kalmayıp, aynı zamanda bilgi işlemede yeni ufuklar açarak, dijital dünyanın geleceğini şekillendirme potansiyeline sahiptir.