新型光脈衝數據加密技術

上圖所示，是一個有機分子增強頻率梳。一個單一的輸入激光（左）進進球頻率梳發生器包括一層有機分子（4-苯乙烯基）。在球內光的軌跡在幾個納秒內約有10000個，軌跡與分子會相互作用，併產生頻率梳。

數據通過光脈衝在世界海洋下數千英里長的光纖電纜上實現傳輸。根據專家們的說法，這些電纜中的數據被截獲的風險很大。然而，新近由美國南加州大學維特比工程學院的研究人員開發的頻率梳可能是一種有效的數據加密工具。

研究人員Andrea M. Armani，Xiaoqin Shen，Rigoberto Castro Beltran，Vinh M. Diep和Soheil Soltani發明了一種新型的頻率梳工具，提高激光器的潛在的應用，可以實現轉換多個波長到單波長的新方法，有效地創建幾十到幾百的激光從一個單一的激光。新的頻率梳與傳統的頻率梳相比，就像一個是公寓的冰箱一樣大，另一個是一個人類頭髮的大小。更重要的是，新生成1000多種頻率梳只需要較少的功率運行，並能實現移動應用。

目前實現頻率梳的技術主要依賴於傳統的微電子材料系統，如硅。通過用碳或有機分子取代這些材料，博士後領導的研究小組採用了完全不同的方法。只需要一個單一層的25原子的有機分子的表面激光頻率梳和少於1000倍的電力需求。

Armani教授是南加州大學維特比工程學院工程與材料科學的Ray Irani席教授，實現了傳統的硅有機材料轉變為類似於「氣電的變化」過程的物質。「在最基本的層面上，這一過程使頻率梳的實現是在兩類明顯不同的材料中實現的。」

「有機光學材料已經改變了電子工業，可以實現更輕、低功耗的電視和手機顯示器，但以前嘗試直接接觸這些材料時的一些激光相關研究跌跌撞撞，」Armani說，「我們解決了界面的挑戰。因為我們的方法可以應用到廣泛的有機材料和激光類型，未來的可能性是非常令人興奮的。」

光學數據的加密技術

頻率梳的首次應用主要集中在檢測微量化學品和高精度時間保持。然而，最近出現了一個對社會有重大意義的新應用：量子密碼術。

像以前是動作驚險片和邦德電影情節的網路安全和量子加密，但加密貨幣和物聯網時代的到來，網路安全的意識已經從銀幕搬到了主流。頻率梳如何有助於數據加密呢？答案在於數據是如何傳輸的，量子密碼是如何工作的。

當數據信號到達目的地時，它被封裝成一個信封中的一個字母。與其他鎖一樣，有些鎖比其他鎖更容易破解，而當前的加密工作則集中在創建越來越複雜和動態的鎖。然而，當前許多方法的一個基本限制是，不可能檢測加密時何時失敗的。

量子加密提供了另一種方法。不僅可以實現更複雜的密鑰，而且通過傳輸數據信號的變化，任何的密碼入侵立即被發現。

雖然正在進行許多策略以實現量子密碼術，但最主要的競爭者之一是基於一種稱為光子糾纏的現象。糾纏的光子必須在完全相同的時間內創建，具有完全相同的性質。聽起來像是不可能？但加上頻率梳就可以了。

形成頻率梳的第一步是當初級激光器產生二階波長。然而，由於能量守恆，一個波長必須具有更高的能量，一個波長必須具有更低的能量。另外，能量必須和主激光器完全相等，兩個新的波長必須在同一時間出現。因此，頻率梳發生器可以看作是糾纏光子發生器。

雖然減少頻率梳的尺寸和功率要求是關鍵的技術障礙，但在攜帶型平台上的量子密碼術之前，仍存在許多集成和製造挑戰。

Armani是南加州大學新邁克爾遜生物科學中心的一名教員，他指出，除了量子加密在未來確保我們的醫療保健信息中所起的重要作用外，頻率梳也被用來改善癌症生物標記物的檢測。

來源：https://phys.org/news/2018-01-pulses-encrypt-cryptocurrencies.html

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