Forskningsprojektets videnskabelige titel

Quantum cryptography with squeezed light for telecom networks

Forskningsinstitution

Danmarks Tekniske Universitet

Institut for Fysik, Danmarks Tekniske Universitet

Fagområde

Quantum Information Processing

Kontaktinfo

Email: tobias.gehring@fysik.dtu.dk

Forskningsleder

Tobias Gehring

Lektor

Projekttitel

Quantum cryptography with squeezed light for telecom networks

Hvad handler dit projekt om?

Det moderne samfunds internetsikkerhed er truet af kvantecomputere som på kort tid vil være i stand til at afkode nutidens krypterede beskeder. Når fortrolige data fra kritisk infrastrukturer f.eks. regering, militær, banker eller firmaer til en hver tid nemt kan falde i de forkerte hænder, vil det have ødelæggende konsekvenser for vores samfund. Kvantenøglefordeling (QKD) kommer med en løsning til dette problem baseret på kvantefysiske love og principper. For at bruge QKD skal to parter udveksle kvantetilstande via laserlys for at fordele en nøgle, som man matematisk kan vise, kun er kendt for de to parter og ingen andre. Enhver aflytning af det fiberkabel, der sender lys mellem de to parter, vil blive opdaget. For at muliggøre omfattende implementering af QKD i telecom netværk, skal QKD signalet kombineres med telekommunikationssignaler til dataoverførsel. Stærke telekommunikationssignaler genererer dog støj, hvilket ikke kan skelnes fra støjen fra en angribende snushane. Det støjniveau, som nuværende QKD systemer accepterer, er ikke højt nok til, at man vil kunne implementere QKD i den eksisterende telecom infrastruktur. I dette projekt vil jeg gøre brug af såkaldte klemte kvantetilstande, for at udvikle en nye teknik inden for kvantenøglefordeling der vil forøge støjtolerancens dramatisk og muliggøre integration i telecom netværk. Denne nye teknik vil derudover også reducere systemets strømforbrug.

Hvordan opstod din interesse for dit forskningsfelt?

I løbet af mine studier i fysik var jeg i praktik i et tysk firmam der sælger vibrationssensorer. Der lærte jeg, at kvanteoptik kan forbedre sensitiviteten af optiske sensorer. Jeg fortsatte i dette felt og udforskede klemte kvantetilstande og deres anveldelse inden for sensorer. Jeg opdagede det relaterede felt, kvantekryptografi, indenfor hvilket jeg lavede min PhD og blev grebet, fordi det kombinerede mine interesser for både kvanteoptik og computervidenskab.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver ved dit projekt?

For at kunne bruge klemte tilstande til kvantekryptografi skal der ske fremskridt inden for flere forskellige fælter: Kvanteoptik (generering af kvantetilstands and detektion), teoretisk kvanteinformatik (sikkerhedsbeviser) og computervidenskab (fejlkorregeringskoder). Forsøg på at integrere kvantekryptografi i telekommunikationsnetværk er relativt nyt, og klemt lys er på nuværende tidspunkt ikke blevet testet uden for et laboratoriemiljø. Det bliver spændende at se hvilke udfordringer der ligger os i vente, når vi begynder at feltteste kvanteteknologi.

Hvilke perspektiver vurderer du selv, at din forskning på sigt kan have for det omgivende samfund?

Datasikkerhed er af største betydning for samfundet. Vores digitaliserede verden ville ikke fungere uden den. I kontrast til den konventionelle kryptografi, som bliver brugt i øjeblikket, er det ikke muligt at bryde sikkerheden af kvantekryptografi ved hjælp af kvantecomputere. Kvantecomputere er derfor et essentielt stykke værktøj i datakrypteringens fremtidige værkstøjskasse. Mit projekt vil hjælpe med at gøre kvantekryptografi klar til at blive integreret i den nuværende infrastruktur.

Hvad vil det betyde for din forskerkarriere, at du indgår i Sapere Aude-programmet?

Sapere Aude startlegatet vil gøre mig i stand til at styrke min forskning inden for kvantekryptografi og forfølge nye ideer. Det har stor betydning for mig, da legatet vil gøre mig i stand til at konsolidere og forøge mit forskerhold, og det vil styrke mit internationale netværk.

Lidt om mennesket bag forskeren

Jeg er oprindeligt fra Tyskland, og jeg flyttede til Danmark i 2013. Jeg har to børn (på henholdsvis 4 og 6 år), som jeg elsker meget højt. Jeg elsker at få ting til at fungere med den nyeste teknologi og ved hjælp af skrædersyede løsninger. I min fritid står jeg på rulleskøjter.

Bopælskommune

Charlottenlund

Gymnasium

Bildungszentrum Reutlingen Nord, Reutlingen, Germany