실용적인 양자 보안 직접 통신 시스템 구현

.베네수엘라 원조물품 싣고 콜롬비아 국경 도착한 美수송기

(보고타 AFP=연합뉴스) 베네수엘라에 제공될 미국의 인도주의 원조물품을 실은 미 공군 C-17 수송기가 16일(현지시간) 베네수엘라와 접경한 콜롬비아 국경도시 쿠쿠타에 도착해 있다.

mss(magic square system)master:jk0620
http://blog.naver.com/mssoms
http://jl0620.blogspot.com
http://jk0620.tripod.com

나훈아의 '첫눈'

.약물 발견 분자의 빛에 기반한 생산

2019 년 2 월 18 일 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne 분자 크레딧 : CC0 공개 도메인

Photoelectrochemical (PEC) 셀은 태양 에너지를 화학 연료로 전환 시키는데 광범위하게 연구되고 있습니다. 그들은 광전지와 광전지를 사용하여 물을 각각 수소와 산소로 "나눕니다". PEC 세포는 빛으로 온화한 조건에서 작업 할 수 있기 때문에 약물을 개발하는 데 사용되는 것과 같은 고 부가가치 화학 물질로 유기 분자를 전환시키는 다른 촉매 반응에도 적합합니다. 그러나 PEC 세포는 몇 가지 간단한 기질 만 테스트 한 최근의 개념적 시도를 제외하고는 지금까지 유기 합성에 거의 사용되지 않았다. 전반적으로, PEC 세포는 기능성 유기 분자 의 광범위한 범위의 합성 방법론에 대해 크게 연구되지 않고있다 . 그럼에도 불구하고 그들은 "직접적인 아 민화 (direct amination)"라고 불리는 의약품 및 농약의 가장 매력적인 합성 방법 중 하나에서 가장 도움이 될 수 있습니다. 그것은 부가적인 처리 단계에 의해 분자를 사전 활성화시키지 않고 유기 분자에 아민기를 첨가하는 것을 포함한다. 직접 아 민화는 일반적으로 고온 을 필요로하며 "방향족 그룹 - 반응 부위를 고정하지만 다른 기능은 없으며 응용에서 새로운 화합물을 사용하기 전에 제거되어야하는 화학 단위"로 알려진 것을 필요로합니다. 이제, EPFL의 화학 과학 및 공학 연구소 (ISIC)의 Xile Hu 및 Michael Grätzel 연구소는 지시 그룹을 필요로하지 않고 구조에 링이있는 아레 인 - 탄화수소를 아민 화하는 새로운 방법을 개발했습니다. "우리의 방법은 조작 상 간단하며 약물 발견과 관련된 광범위한 질소 함유 헤테로 고리를 합성하는데 사용될 수있다"고이 연구의 주 저자 인 Lei Zhang은 말했다. 연구자들은이 점을 입증하면서, 근육 이완제 인 메타 녹론 (metaxalone)과 항균성 염화 벤제 토늄 (benzetonium chloride)의 파생물을 비롯하여 여러 가지 의약품 분자 를 만드는 방법을 사용했다 . PEC 셀을 기반으로하는이 방법은 빛과 저비용의 지구 풍부 반도체 헤 마타 이이트와의 반응을 촉매합니다. "Michael Grätzel의 실험실에서 선구자 연구 결과 물 분리에 효율적 인 견고한 적철광 샘플을 얻었지만, 적철광은 유기 합성을 촉매 화하는 데 사용되지 못했습니다. 현재의 연구에서, 적철광은 가시 광선 아래에서 직접적인 아 민화에 대해 잘 작동하는 것으로 밝혀졌지만 , 높은 안정성은 작동 촉매로서 긴 수명을 약속합니다. 그리고 빛을 수확하기 때문에 여기에서 사용 된 광전 촉매 반응은 직접적인 전기 촉매 작용보다 적은 에너지를 소비합니다. "이는 고 부가가치 화학 물질 및 의약품 생산을위한 PEC 세포 사용에 대한 중요한 시연입니다 . "이 작업은 전통적으로 분리 된 두 가지 분야, 즉 광전기 화학과 유기 합성을 병합합니다 .이 접근법에 대한 많은 기회가 있으며, 이러한 기회를 더 탐험하게되어 기쁘게 생각합니다."

추가 정보 : 질소는 화학 합성을 위해 빠른 차선을 확보합니다. 추가 정보 : Photoelectrocatalytic arene C-H amination, Nature Catalysis (2019). DOI : 10.1038 / s41929-019-0231-9 저널 참조 : 자연 촉매 :에 의해 제공 로잔 연방 공과 대학교

https://phys.org/news/2019-02-light-based-production-drug-discovery-molecules.html

.실용적인 양자 보안 직접 통신 시스템 구현

2019 년 2 월 18 일, Thamarasee Jeewandara, Phys.org , 실험 설정. 1550 nm의 레이저는 1 MHz의 체계적인 펄스 반복을 사용합니다. 실험 설정에서 Bob은 앨리스를 보러 죽였습니다. 앨리스는 선택하거나 코딩을 선택하지 않고 선택합니다. FPGA (Field Programmable Gate Array)는 4 개의 단일 광의 상태를 가지고 있으며, 하나의 단일 광자 상태가 하나의 동작을 수행한다. PM 직접 변조기. PC 편광 컨트롤러. PBS 편광판. ATT 감쇠기. CIR 광 순환기. FC 섬유 커플러. SPD 초전도 형 나노 와이어 단일 광 검출기는 70 % 검출 효율, 100Hz 암전 회수 및 50ns 리셋 시간을 제공합니다. PMFC 영구 유지 필터 커플러. FR 패러데이 회 전자. 크레딧 : Light : 과학 및 응용 프로그램, doi : https://doi.org/10.1038/s41377-019-0132-3

양자 보안 직접 통신 (QSDC)은 분류 된 정보의 직접 전송을위한 양자 역학의 원리를 기반으로하는 양자 통신의 중요한 지점입니다. 최근의 원리 증명 실험 연구가 주목할만한 진전을 보인 반면, QSDC 시스템은 실제로 구현되어야한다. 최근의 연구에서 Ruoyang Qi와 저 차원 양자 물리학, 정보 기술, 전자 및 정보 공학 부서의 동료들은 실용적인 양자 보안 통신 시스템을 제안하고 실험적으로 구현했습니다. 이 연구에서 Qi et al. Wyner 도청 채널 이론을 사용하여 시스템의 보안을 분석했습니다 . 과학자들은 높은 잡음과 높은 손실의 현실적인 환경에서 연결 (상호 연결된) 저밀도 패리티 검사 (LDPC) 코드를 사용하여 코드 체계를 개발했습니다. 이 시스템은 1.5km의 거리에서 1MHz의 반복 속도로 작동하고 텍스트 메시지, 합리적 크기의 이미지와 사운드를 전송하기 위해 50bps의 보안 통신 속도를 유지했습니다. 결과는 Light : Science & Applications에 게시됩니다 . Qi et al. 은 공격에 대한 취약성을 방지하기 위해 배포 키없이 직접 정보를 전송할 수있는 QSDC 형태를 강조했습니다. 연구팀은 안전한 양자 정보를 전달하는 단일 광자를 생성하기 위해 1550 nm 레이저를 사용했으며 과학자들은 수령시 정보를 성공적으로 해독 할 수있었습니다. 이 방법은 높은 광자 손실 또는 노이즈로 인한 오류로 인한 현실적인 환경에서도 신뢰할 수있었습니다. 연구에서 오류 수정 성능을 높이기 위해 사용한 표준 LDPC 코드는 지구 및 심 우주 응용 프로그램을 위한 우주 데이터 시스템 영사위원회 (CCDS) 에서 구현했습니다 . 글로벌 보안은 보안 통신 인프라에 달려 있습니다. 현재 통신은 RSA 공개 키 스키마 와 같은 암호화 기술을 통해 보안이 유지됩니다 . 비밀 용량 보안 및 신뢰성 모두 달성 가능한 전송 레이트의 supremum로 정의된다. 실제로 도청 탐지의 어려움으로 인해 고전적인 통신 시스템의 비밀 수용 능력을 평가하는 것은 어렵습니다. 양자 시스템에서 단일 광자 또는 얽힌 광자 쌍은 디지털 정보를 전송할 수 있으므로 양자 암호학의 새로운 기능을 제공 하며 고전적인 전송 매체에서는 얻을 수 없습니다. 원칙적으로, 그러한 설정에서의 검출을 피하기 위해 전송을 방해하지 않고 도청하는 것은 불가능하다. 첫 번째 양자 통신 프로토콜은 Bennett와 Brassard (BB84)에 의해 제안되었으며 , 이는 안전한 키 협약을 위해 양자 자원을 이용한다. 2000 년에 QSDC는 비밀 키없이 직접 정보를 전달 하고 키 저장 및 암호문 공격 과 관련된 허점을 제거 하기 위해 제안 되었습니다 . 이후의 원리 증명 연구는 2 단계 QSDC 프로토콜을 사용하여 500m 의 의미있는 거리 에서 섬유가 통신 할 수있는 연구를 포함하여 QSDC 기반 단일 광자 및 얽힌 쌍 을 입증했습니다 .

실용적인 DL04-QSDC 프로토콜의 그림. "메인 채널"과 "도청 채널"은 개별적인 무보수 채널입니다. 주 채널은 발신자와 정당한 수신자 사이의 채널을 나타내며, 도청 채널은 발신자와 도청 자 간의 채널을 나타냅니다. 크레딧 : Light : 과학 및 응용 프로그램, doi : https://doi.org/10.1038/s41377-019-0132-3

현재의 연구에서, Qi et al. 는 DL04 프로토콜 기반의 절차 (키 없음)를 사용하여 실용적인 양자 보안 직접 통신 시스템을 구현했습니다 . Wyner 도청 모델에 따르면 실제로 QSDC 시스템을 구현하기 위해서는 시스템이 안전한 정보 전송을위한 채널의 비밀 수용 능력 아래에서 작동해야합니다. 과학자들은 상호 연결된 저밀도 패리티 검사 (LDPC) 코드를 사용하여 시스템의 비밀 수용 능력을 추정했습니다 . 그들은 양자 통신에 고유 한 높은 손실률과 높은 오류율 체제에서 특별히 작동하도록 설계했습니다. Qi et al. QSDC 플랫폼이 실제 환경에서 효과적으로 기능 할 수 있음을 보여주었습니다. DL04-QSDC 프로토콜을 구현할 때 과학자들은 분리 된 memoryless '메인 채널'과 '도청 채널'을 포함 시켰습니다. 주 채널은 발신자와 수신자 사이의 네트워크를 나타냅니다. 유선 도청 채널은 합법적 인 사용자와 도청 자 간의 네트워크를 나타냅니다. 프로토콜에는 4 단계가 포함되었습니다. 가설적으로 Bob은 일련의 큐 비트를 준비하는 합법적 인 정보 수신자입니다. 각 큐빗 트는 네 상태 (| 0>, | 1>, | +> 및 |>) 중 하나에 무작위로 있습니다. 그런 다음 정보 시퀀스 보낸 사람을 Alice에게 보냅니다. 단일 광자 시퀀스를 수신하면, Alice는 무작위로 그 중 일부를 선택하고 무작위로 측정합니다. 그녀는 단일 포톤의 위치, 측정 기준 및 측정 결과를 게시합니다. Bob은이 정보를 이러한 상태의 준비와 비교하여 Bob-to-Alice 채널의 비트 오류율을 추정하고 방송 채널을 통해 Alice에 알립니다. 그런 다음 Alice는 도청 채널 이론을 사용하여 Bob-to-Alice 채널의 최대 비밀 용량 (Cs)을 예측할 수 있습니다. 앨리스는 나머지 큐 비트에 대한 코딩 시퀀스를 선택합니다. 이 방식은 상호 연결된 LDPC 코드를 기반으로한다. 그녀는 코드 단어를 생성하여 다시 Bob에게 반환합니다. Bob은 준비한 것과 같은 기초로 큐 비트를 측정 한 후받은 신호에서 앨리스의 메시지를 디코딩합니다. 오류율이 LDPC 코드의 정정 능력 미만이면, 전송은 성공적이다. 그런 다음 1 단계에서 다시 시작하여 전체 메시지를 완전히 전송할 때까지 비밀 메시지의 다른 부분을 보냅니다. 에러율이 LDPC 코드의 정정 용량보다 큰 경우, Bob 또는 도청 자 Eve는 정보를 얻을 수 없으며,이 경우 프로세스를 종료한다. Qi et al. 구현에서 근사 단일 광자 소스로서 고도로 감쇠 된 레이저를 사용했다. 도청 공격을 탐지하기위한 단일 광자 소스의 더 좋은 근사를 위해, 미끼 상태 양자 키 분배 방법 이 사용될 수있다. 비밀 수용 능력이 임의의 도청 채널에 대해 0이 아닌 경우, 즉 합법적 인 수신기가 도청 자보다 더 좋은 채널을 갖는 경우, Wyner 모델에 따라 완벽한 비밀을 성취하는 코딩 스키마가 존재합니다. 그러나 모든 코딩 체계가 보안을 보장 할 수있는 것은 아니며, 본질적으로 코딩의 세부 사항에 달려 있습니다.

왼쪽 : 실험 설정. 오른쪽 : 메시지 블록이 다른 시스템 안정성. ex와 ez는 각각 Alice의 사이트에서 X- 기반과 Z- 기반을 사용한 측정의 오류율입니다. e는 Bob 사이트의 오류율입니다. 오류율은 블록 단위로 추정되었습니다. 각 블록은 1312 × 830 펄스를 포함합니다. 평균 광자 수는 0.1입니다. 양자 채널의 고유 한 손실은 14.5dB이며, 이는 검출기의 효율, ~ 70 %, 광학 요소, ~ 13dB를 포함합니다. 시스템의 총 손실은 1.5km 거리에서 25.1dB입니다. 크레딧 : Light : 과학 및 응용 프로그램, doi : https://doi.org/10.1038/s41377-019-0132-3

그 후 과학자들은 장거리 양방향 통신을 위해 위상 코딩 이 적용된 광섬유 시스템에서이 계획을 구현했습니다 . 이 설정에서 Bob은 단일 광자 펄스의 시퀀스를 준비하고 편광 제어 및 감쇄 후에 펄스를 무작위 큐 비트로 준비하고 1.5km 길이의 광섬유를 통해 Alice 사이트로 전송합니다. 앨리스의 사이트에 도착하면 두 부분으로 나뉘어집니다. 하나는 인코딩 모듈로 이동하고 다른 하나는 오류 검사를위한 제어 모듈로, 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이 (FPGA)로 제어됩니다. 인코딩은 인코딩 모듈에서 동시에 발생합니다. 오류율이 임계 값보다 작 으면 인코딩 부분은 단일 광자 를 동일한 광섬유를 통해 Bob으로 되돌려 보낼 수 있습니다 . 여기서 단일 광자가 측정을 위해 단일 광자 감지기로 안내됩니다. 과학자들은 포지션 변조기 (PM)와 단일 포톤 검출기 (SPD)로 구성된 셋업을 제어하여 FPGA를 사용하여 두 사이트에서 메시지를 인코딩했으며, 상위 위치 컴퓨터로 제어되었다.

실선은 Alice와 Bob 사이의 상호 정보를 나타냅니다. 전송 속도가 주 채널의 용량을 초과 할 수 없다는 잡음 채널 코딩 이론에 의해 결정된다. 점선은 도청자가 얻을 수있는 최대 정보 인 Alice와 Eve 사이의 상호 정보입니다. 기호는 실험 결과를 나타냅니다. 선택된 LDPC 코드와 함께 코딩 방식은 비트 오류율이 10 ^ -6 이하일 때 0.00096의 전송률을 산출합니다. Alice와 Eve 사이의 상호 정보보다 속도가 빠르기 때문에 정보 전송의 보안과 안정성이 보장됩니다. 크레딧 : Light : 과학 및 응용 프로그램, doi : https://doi.org/10.1038/s41377-019-0132-3

실험 결과에서, 과학자들은 시스템의 손실 대 상호 정보를 2 개의 직선으로 표현했다. 이 두 라인 사이의 영역은 정보 이론적 보안 영역을 형성했습니다. 결과적으로, 특정 영역 내의 정보 율을 갖는 코딩 방식에 대해, 보안은 신뢰성있게 보장 될 수있다. 실험 설정을 사용하여 Qi et al. 정의 된 보안 영역 내에서 50bps의 안전한 정보 속도를 달성했습니다.

과학자들은 상호 연결된 LDPC 코드를 기반으로 QSDC를위한 전송의 신뢰성을 보장하기위한 코딩 체계를 설명했다. 전처리는 범용 해싱 패밀리 (UHF)를 기반으로했습니다 . 이 과정에서, 각 메시지 (m)에 대해, 송신자 Alice는 랜덤 비트 (r) 및 공개 랜덤 시드 (들)의 로컬 시퀀스를 생성한다. 다음으로, 적절하게 선택된 UHF (UHF -1 ) 의 역행렬에 의해 벡터 (u)로 매핑되고, LDPC 코드에 의해 (v)로 변경되고, 코드 워드 (c)로 매핑되어 수신기의 사이트로 전송된다. 에서는 정보 이론 , 부호화 이론 노이지 채널은 통신 채널의 잡음의 주어진 오염 정도에 대한 신뢰성있는 통신을 확립한다. 정보의 신뢰성을 보장하기 위해 Alice는 합법적 인 수신기 인 Bob에게 도달하는 펄스를 변조합니다. Bob은 준비한 것과 동일한 기준으로 측정합니다. 손실과 오류로 인해 Bob은 성능이 저하 된 코드 워드를 수신하고 메시지를 얻기 위해 UHF로 후 처리 한 후 디 매핑하고 디코딩합니다. 이러한 방식으로 Qi et al. 높은 잡음과 높은 손실의 현실적인 환경에서 실용적인 QSDC 시스템을 구현했습니다. 다른 기술들 가운데 과학자들은 시스템의 오류와 손실을 줄이기 위해 LDPC 코드를 사용했습니다. 그들은 Wyner 도청 채널 이론을 사용하여 시스템의 보안을 깊이 분석했습니다. 비밀 수용력이 0이 아닌 경우; 비밀 전송 용량보다 작은 정보 전송 속도를 갖는 코딩 방식은 정보 전송의 보안 및 신뢰성을 보장한다. 전체적으로 과학자들은 1.5km의 의미있는 거리에서 50bps의 안전한 정보 속도를 얻었다. Qi et al. 이러한 매개 변수가 시기상조이며 미래에 수십 kbps의 정보 전송 속도로 기존 기술을 통합 할 수있는 향상된 시스템을 염두에 두어야합니다.

추가 정보 : 암호화없이 측정 장치에 독립적 인 양자 통신 추가 정보 : 실용적인 양자 보안 직접 통신에 대한 구현 및 보안 분석 www.nature.com/articles/s41377-019-0132-3 , Ruoyang Qi et al. 2019 년 2 월 6 일, Light : Science & Applications . 양자 일회성 패드와 직접 통신 보안 ... journals.aps.org/pra/abstract/ 3 / PhysRevA.69.052319 , 덩 불명열 - 구오 롱 구이 리, 2004 년 5 월 물리적 리뷰가 . 디지털 서명 및 공개 키 암호 시스템을 얻는 방법 dl.acm.org/citation.cfm?id=359342 Rivest RL et al. 1978 년 2 월, 컴퓨팅 기계 협회 (The Computing Machinery Association)의 통신. 의사 소통의 수학 이론 dl.acm.org/citation.cfm?id=584093 , Shannon CE 1948 년 10 월, 벨 시스템 기술 저널, IEEE Explore. 저널 참조 : 빛 : 과학 및 응용 물리 리뷰 A

https://phys.org/news/2019-02-quantum.html#nRlv