糾纏光子提供關鍵 用於並行化量子密鑰分配的能量守恆
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本文由Rehoo團隊Leery原創，無授權禁轉！(圖片來自網路）
量子密鑰分發已經佔據了利基市場，因為使用單個設備為多個連接創建共享密鑰非常困難。
現在，這一切都可以通過一個非常具有創造性的解決方案來改變，它可以利用所有最好的東西：激光，非線性光學和能量守恆。量子密鑰分發的目標是生成一個在兩個之間安全共享的隨機數，始終稱為Alice和Bob。然後使用共享隨機數來對經典加密演算法進行種子處理。
量子力學的規則允許Alice和Bob安全地生成共享隨機數。該過程如下所示：Alice通過兩個隨機決策生成光子。第一個是測量裝置的方向,垂直/水平或對角線/反對角線。第二個是光子沿著偏振偏振的軸是光子的電場的空間取向。這使得光子處於四種可能狀態之一，我們將其稱為水平，垂直，對角線和反對角線。
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Bob不知道Alice使用的設置，並且只能隨機選擇他的測量設備的方向：水平/垂直或對角線/反對角線。Bob最終得到一串水平，垂直，對角線和反對角線測量結果（Alice發送的每個光子一個）。為了如何理解這些結果，請考慮兩種情況：Alice將她的設備設置為水平/垂直並發送垂直偏振光子。Bob將他的設備設置為水平/垂直並測量垂直偏振光子。一切都完全可以預測。
對於下一個光子，愛麗絲將她的設備設置為水平/垂直並發送水平偏振光子。但鮑勃已將他的裝置設置為對角線/反對角線。在這種情況下，光子隨機地引出一個探測器。沒有什麼是可以預測的。
為了理解這些結果，鮑勃和愛麗絲分享了他們設備的方向設置，但保密其他一切。當他們恰好具有相同的設置時，Alice和Bob知道他們對光子偏振的測量結果是一致的。所有其他結果都被拋棄了。隨機生成的偏振設置和測量產生了共享的隨機數，而沒有傳輸實際的數字。
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上述一個關鍵點是，Alice和Bob。添加第三個意味著Alice和Bob都必須與第三方建立單獨的連接並生成另一個密鑰。設備開銷使得這不合需要。這是最新研究成果的地方。
在我們進入密鑰生成和分發部分之前，讓我們談談將各方連接在一起的物理網路。讓我們假設我們有四個：Alice，Bob，Chloe和Dave，他們都希望有成對的加密通信。每個接收器由單根光纖饋電，但每根光纖使用不同的波長信道承載多個信號。由於這種能力，上述任何兩個組（比如Dave和Chloe）都有一對獨特的通道。頻道以非常聰明的方式填寫。愛麗絲有一個生成光子對的設備。這些光子是通過分裂來自激光器的入射光子而產生的。分裂過程將光子的極化配對（技術術語糾纏在一起）。然後我們可以使用能量守恆來劃分通道之間的光子對。
也許一個例子是最簡單的。如果入射激光的波長為775納米，則光子分裂可產生波長為1544.5納米的光子（在該系統中，對應於通道41），則第二光子必須具有1555.5納米的波長（這是通道27）。如果Alice測量通道41並且Bob測量通道27，則他們正在測量一起創建的一對光子。給定一個很好的分配方案，我們可以確保網路中的每對接收器都有一對獨特的通道，因此總是測量一起創建的光子。
該過程的其餘部分依賴於上述相同的方法來創建安全的隨機數。重要的是，通過跟蹤所使用的信道，可以使用單個設備句柄為多對設備創建隨機數。
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網路內部或外部沒有其他人知道該號碼。實際上，如果網路中的某個人要測量這些通道中的任何一個中的光子，那麼這樣做會破壞測量過程並揭示竊聽者的存在（實際上，竊聽者是由密鑰生成過程中的錯誤揭示的）。
甚至不需要在接收器端分離信道。每個接收器通過一定長度的光纖連接，該光纖通常是唯一的。因此，光子對具有獨特的到達時間。通過同步檢測器，可以分離不同的通道。這使得接收器設置與簡單的成對量子密鑰分發鏈路的設置相同。
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除了緩慢之外，研究人員的系統還有一個嚴重的缺點。在商業系統中，由於我們使用非常弱的激光而不是真正的單光子源：主要是單光子源。這會略微削弱密鑰生成過程，但會大大降低成本。在該系統中，產生成對的糾纏光子是絕對關鍵的，這意味著每個網路都需要高度穩定的激光器和精密的非線性光學器件。儘管一些精密的非線性光學設備，但不確定是否還有其他條件。
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