淺析新型光脈沖數(shù)據(jù)加密技術(shù)
cc 數(shù)據(jù)通過(guò)光脈沖在世界海洋下數(shù)千英里長(zhǎng)的光纖電纜上實(shí)現(xiàn)傳輸。根據(jù)專家們的說(shuō)法，這些電纜中的數(shù)據(jù)被截獲的風(fēng)險(xiǎn)很大。然而，新近由美國(guó)南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)的頻率梳可能是一種有效的數(shù)據(jù)加密工具。
上圖所示，是一個(gè)有機(jī)分子增強(qiáng)頻率梳。一個(gè)單一的輸入激光（左）進(jìn)入球頻率梳發(fā)生器包括一層有機(jī)分子（4-苯乙烯基）。在球內(nèi)光的軌跡在幾個(gè)納秒內(nèi)約有10000個(gè)，軌跡與分子會(huì)相互作用，并產(chǎn)生頻率梳。
研究人員Andrea M. Armani，Xiaoqin Shen，Rigoberto Castro Beltran，Vinh M. Diep和Soheil Soltani發(fā)明了一種新型的頻率梳工具，提高激光器的潛在的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換多個(gè)波長(zhǎng)到單波長(zhǎng)的新方法，有效地創(chuàng)建幾十到幾百的激光從一個(gè)單一的激光。新的頻率梳與傳統(tǒng)的頻率梳相比，就像一個(gè)是公寓的冰箱一樣大，另一個(gè)是一個(gè)人類頭發(fā)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(yùn)行，并能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)應(yīng)用。
目前實(shí)現(xiàn)頻率梳的技術(shù)主要依賴于傳統(tǒng)的微電子材料系統(tǒng)，如硅。通過(guò)用碳或有機(jī)分子取代這些材料，博士后領(lǐng)導(dǎo)的研究小組采用了完全不同的方法。只需要一個(gè)單一層的25原子的有機(jī)分子的表面激光頻率梳和少于1000倍的電力需求。
Armani教授是南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院工程與材料科學(xué)的Ray Irani席教授，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的硅有機(jī)材料轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃朴凇皻怆姷淖兓边^(guò)程的物質(zhì)?！霸谧罨镜膶用嫔希@一過(guò)程使頻率梳的實(shí)現(xiàn)是在兩類明顯不同的材料中實(shí)現(xiàn)的?！?/p>
“有機(jī)光學(xué)材料已經(jīng)改變了電子工業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)更輕、低功耗的電視和手機(jī)顯示器，但以前嘗試直接接觸這些材料時(shí)的一些激光相關(guān)研究跌跌撞撞，”Armani說(shuō)，“我們解決了界面的挑戰(zhàn)。因?yàn)槲覀兊姆椒梢詰?yīng)用到廣泛的有機(jī)材料和激光類型，未來(lái)的可能性是非常令人興奮的?！?/p>
光學(xué)數(shù)據(jù)的加密技術(shù)
頻率梳的首次應(yīng)用主要集中在檢測(cè)微量化學(xué)品和高精度時(shí)間保持。然而，最近出現(xiàn)了一個(gè)對(duì)社會(huì)有重大意義的新應(yīng)用：量子密碼術(shù)。
像以前是動(dòng)作驚險(xiǎn)片和邦德電影情節(jié)的網(wǎng)絡(luò)安全和量子加密，但加密貨幣和物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)安全的意識(shí)已經(jīng)從銀幕搬到了主流。頻率梳如何有助于數(shù)據(jù)加密呢？答案在于數(shù)據(jù)是如何傳輸?shù)模孔用艽a是如何工作的。
當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)目的地時(shí)，它被封裝成一個(gè)信封中的一個(gè)字母。與其他鎖一樣，有些鎖比其他鎖更容易破解，而當(dāng)前的加密工作則集中在創(chuàng)建越來(lái)越復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的鎖。然而，當(dāng)前許多方法的一個(gè)基本限制是，不可能檢測(cè)加密時(shí)何時(shí)失敗的。
量子加密提供了另一種方法。不僅可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的密鑰，而且通過(guò)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的變化，任何的密碼入侵立即被發(fā)現(xiàn)。
雖然正在進(jìn)行許多策略以實(shí)現(xiàn)量子密碼術(shù)，但最主要的競(jìng)爭(zhēng)者之一是基于一種稱為光子糾纏的現(xiàn)象。糾纏的光子必須在完全相同的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建，具有完全相同的性質(zhì)。聽(tīng)起來(lái)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(dāng)初級(jí)激光器產(chǎn)生二階波長(zhǎng)。然而，由于能量守恒，一個(gè)波長(zhǎng)必須具有更高的能量，一個(gè)波長(zhǎng)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(gè)新的波長(zhǎng)必須在同一時(shí)間出現(xiàn)。因此，頻率梳發(fā)生器可以看作是糾纏光子發(fā)生器。
雖然減少頻率梳的尺寸和功率要求是關(guān)鍵的技術(shù)障礙，但在便攜式平臺(tái)上的量子密碼術(shù)之前，仍存在許多集成和制造挑戰(zhàn)。
Armani是南加州大學(xué)新邁克爾遜生物科學(xué)中心的一名教員，他指出，除了量子加密在未來(lái)確保我們的醫(yī)療保健信息中所起的重要作用外，頻率梳也被用來(lái)改善癌癥生物標(biāo)記物的檢測(cè)。
