Новая технология шифрования связи в видимом свете

Подобно тому, как маяк служит путеводным лучом в безбрежной тьме моря, передача информации на основе света была важнейшим средством коммуникации на протяжении всей истории человечества. В последнее время внимание привлекла коммуникационная технология нового поколения, основанная на видимом свете, которая обладает высокими частотами и линейностью.

Он обладает такими преимуществами, как интеграция с системами освещения, и не подвержен электромагнитным помехам, связанным с обычными сетями связи. Благодаря высокой безопасности и высокой скорости передачи данные в видимом свете особенно подходят для локальных систем связи, особенно в военных операциях с участием транспортных средств, дронов и личного состава.

В дополнение к интенсивности и длине волны (цвету), свет может переносить огромное количество информации за счет поляризации. Например, в 3D-фильмах используются поляризационные фильтры, чтобы показать зрителям два разных поляризационных изображения, создавая ощущение глубины.

В последнее время предпринимаются усилия по повышению безопасности и производительности связи в видимом свете, включая внедрение технологий, связанных с поляризацией, таких как квантовая информационная коммуникация, основанная на суперпозиции поляризации.

Совместная исследовательская группа SNU-KAIST сосредоточилась на том, как поляризация света может быть значительно модулирована за счет взаимодействия с наноматериалами. В этом исследовании они разработали инновационную технологию шифрования связи в видимом свете, основанную на новых материалах. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

В основе этой технологии лежат хиральные наноматериалы, которые демонстрируют симметричную структуру при рассмотрении в зеркале, но не перекрываются. Эти материалы могут значительно регулировать наклон оси поляризации или ее вращательные свойства.

Ранее опубликовав две статьи в 2018 и 2022 годах в журнале Nature на тему «синтез и применение оптических устройств хиральных наночастиц с производительностью управления поляризацией мирового класса», исследовательская группа представила технологию шифрования связи в видимом свете, которая не может быть воспроизведена или перехвачена без подробной информации о наночастицах.

Хиральные наночастицы, используемые в этой технологии, создаются путем скручивания их кристаллической структуры с помощью биомолекул, таких как белки и ДНК, которые обладают естественной хиральностью. Оптические свойства этих наночастиц не могут быть воспроизведены без полной информации о последовательностях биомолекул, используемых в их синтезе.

Таким образом, хиральные наночастицы функционируют как отпечатки пальцев или неклонируемые ключи в видимом свете, позволяя только приемнику с реальными наночастицами правильно расшифровывать информацию. Ожидается, что эта технология шифрования будет иметь значительную полезность в защищенных системах связи «точка-точка», таких как те, которые используются в военных операциях с использованием беспилотных летательных аппаратов.

Кроме того, исследовательская группа разработала устройство управления пространственно-временной поляризацией, способное передавать зашифрованную поляризационную информацию. Объединив квантовые наностержни, которые эффективно излучают поляризованный свет, с нанопроволочными материалами, которые обеспечивают вращательные свойства света, они использовали 3D-печать для изготовления устройства управления поляризацией с пространственным разрешением в сотни микрометров и наносекундным временным разрешением, что позволяет представлять все состояния поляризации без ограничений.

Передающее устройство может шифровать и передавать поляризационную информацию в форме, подходящей для контроля поляризационных свойств наночастиц с помощью этого устройства. Ожидается, что эта технология станет основой для массового производства устройств, которые могут контролировать пространственно-временную поляризацию без ограничений форм-фактора.

Профессор Ки Тхэ Нам из Департамента материаловедения и инженерии SNU сказал: «Это исследование, которое активно сочетает новые технологии материалов с коммуникационными технологиями, сыграло решающую роль в разработке первой и единственной в мире технологии шифрования связи в видимом свете. Мы ожидаем, что эта технология не только внесет вклад в национальную оборону, но и будет быстро коммерциализирована в таких промышленных областях, как технологии отображения».

Профессор Джунил Чой из Школы электротехники KAIST добавил: «Этот выдающийся результат исследования был достигнут благодаря совместным усилиям экспертов в области материаловедения и электротехники. В будущем мы планируем продолжить развитие технологии связи в видимом свете на основе наночастиц для создания систем связи, которые принципиально невозможно подслушать».

Соавтор Чон Хён Хан также заявил: «Мы ожидаем, что эта система шифрования будет действовать как платформа с большой масштабируемостью и влиянием в области оптической передачи информации на основе поляризации».

Команду возглавляли профессор Нам с факультета материаловедения и инженерии SNU и профессор Чой из Корейского института передовых наук и технологий (KAIST).

Источник: https://phys.org/news/2024-10-visible-communication-encryption-technology-chiral.html