用于QKD量子安全系统的光子芯片

2021年10月21日//尼克费海提
用于QKD量子安全系统的光子芯片
东芝声称世界上第一个基于离散量子发射器、接收器和随机数产生光子芯片的网络和物联网QKD系统

日前,东芝欧洲公司研发出了据称是世界上第一个基于光子芯片的量子密钥分配(QKD)系统。

东芝表示,这些基于标准半导体工艺技术的芯片是量子安全技术大规模生产的基础,将其应用到更广泛的场景中,包括物联网(IoT)。

部分技术是随着BT在英国的AQASEC项目的一部分开发的,东芝有关键的量子网络推出,以及KES量子技术,这是布里斯托大学的一个分支,它还开发了光子量子QKD芯片。

完整的QKD原型是第一个具有不同功能的量子光子芯片。用于制备和测量量子比特的随机比特在量子随机数发生器(QRNG)芯片中产生,并实时转换为基于芯片的QKD发射机(QTx)和接收机(QRx)的高速调制模式使用现场可编程门阵列(FPGA)。

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“我们看到光子集成电路正在发生一场类似于电子电路的革命。PICs正不断为越来越多的应用提供服务。”当然,量子pic的要求比传统应用更严格,但这项工作表明,完全部署基于芯片的QKD系统现在是可以实现的,标志着量子技术一项重要挑战的结束。这为紧凑、即插即用的量子设备的部署打开了广阔的前景,必将对我们的社会产生强烈的影响。”

使用快速选通单光子探测器检测光子。筛选、光子统计评估、时间同步和相位稳定通过FPGA核心之间的10 Gbit/s光链路完成,从而实现长时间的自主操作。作为演示的一部分,芯片QKD系统与商用ial加密机,允许以高达100 Gbit/s的比特率进行安全数据传输。

QKD部件装配在1U机架箱中。QRx和QTx芯片封装在c形因子可插拔2 (CFP2)模块中,以确保系统与连续的QKD芯片一代向前兼容,使其易于升级。公共通信通道使用现成的10gbit /s small-form-factor pluggable (SFP)模块。

QKD解决了对密码学的需求,使其能够免受量子计算机的攻击。用于量子密码学的协议可以从基本原理证明是安全的,不会受到量子计算机或未来任何计算机的攻击。

预计到2035财年,全球QKD市场将增长至约200亿美元,东芝已在剑桥建立了一家业务,以生产基于离散光学元件的QKD系统。欧洲和东南亚目前正在建设大型量子安全光纤网络,并计划发射可用于将网络扩展到全球范围,东芝在英国、欧洲、美国和日本实施了量子安全城域网和长距离光纤骨干链路。

东芝开发的量子发射器芯片只有2x6毫米,可以在一块晶圆上同时生产数百个芯片。

“光子集成将使我们能够以高度可重复的方式批量生产量子安全设备。它将使量子产品的生产以更小的形式,并随后允许在电信和数据通信网络的更大部分推出QKD,”东芝欧洲量子技术主管Andrew Shields说

东芝公司高级副总裁兼首席数字官Taro Shimada评论道,“东芝在英国投资量子技术研发已有20多年。这一最新进展意义重大,因为它将使我们能够大量生产和交付QKD。这是我们实现基于无处不在的量子安全构建量子安全通信平台愿景的一个重要里程碑设备。”

www.quantum.toshiba.co.uk

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