Truyền thông lượng tử qua không gian tự do: demo QKD BB84 trên nền FPGA
Nhóm nghiên cứu ARES, Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử Hàng không - Vũ trụ, Trường Điện - Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội vừa hoàn thành demo truyền khóa lượng tử BB84 qua kênh laser không gian tự do (Free Space Optics - FSO), triển khai hoàn toàn trên nền tảng FPGA tự phát triển.
Quantum Key Distribution (QKD) là công nghệ phân phối khóa mật mã dựa trên các nguyên lý cơ bản của cơ học lượng tử, đảm bảo an toàn thông tin ở mức vật lý, không phụ thuộc vào giả thiết về độ phức tạp tính toán. Trong bối cảnh máy tính lượng tử đe dọa phá vỡ các hệ mật mã truyền thống, QKD được xem là một trong những giải pháp nền tảng cho bảo mật thông tin thế hệ tiếp theo.
Kết quả đạt được
Hệ thống sử dụng hai board FPGA truyền qubit qua laser và photodetector trên kênh quang thực, đạt tỷ lệ lỗi bit lượng tử bằng không. Bộ điều khiển thích nghi trên FPGA tự động tối ưu cường độ quang phát và xác suất chọn cơ sở đo theo điều kiện nhiễu loạn khí quyển, giúp giảm đáng kể tỷ lệ lỗi và khôi phục khả năng tạo khóa bảo mật ngay cả trong điều kiện turbulence mạnh, nơi cấu hình tham số cố định không còn hoạt động được.
Hệ thống đã demo trọn chuỗi từ tạo khóa lượng tử BB84, mã hóa AES-128, truyền qua TCP đến giải mã thành công tại phía thu, với tốc độ xử lý trên FPGA nhanh hơn hàng chục lần so với mô phỏng phần mềm tương đương.
Hướng phát triển
Các bước tiếp theo bao gồm tích hợp decoy-state protocol, error correction, privacy amplification, và triển khai thử nghiệm ngoài trời với turbulence khí quyển thực tế.
