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Sistemas criptográficos optomecánicos para aumentar la seguridad de las comunicaciones ópticas

Según explican los investigadores, la luz es esencial para las comunicaciones modernas basadas en la fibra de vidrio. Los cristales optomecánicos se diseñan a escala nanométrica para confinar fotones y unidades cuánticas de movimiento mecánico (fonones) en un mismo espacio físico.
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Fecha de publicació: 19/04/2017, 13:57 h | (25) veces leída
Un estudio, en el que han participado investigadores de la Universitat Politècnica de València, a través de su Centro de Tecnología Nanofotónica; el Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) –líder del trabajo- y la Universidad de La Laguna, ha establecido las bases para el desarrollo de una tecnología de bajo coste que permitiría alcanzar grandes niveles de seguridad en comunicaciones ópticas. La clave reside en la generación de señales caóticas en una cavidad optomecánica fabricada en un chip de silicio. Su trabajo ha sido publicado en la revista Nature Communications.
 
Según explican los investigadores, la luz es esencial para las comunicaciones modernas basadas en la fibra de vidrio. Los cristales optomecánicos se diseñan a escala nanométrica para confinar fotones y unidades cuánticas de movimiento mecánico (fonones) en un mismo espacio físico. Estas estructuras todavía se estudian en entornos experimentales complejos pero podrían cambiar el futuro de las telecomunicaciones.
 
En una cavidad optomecánica hay varias partículas interactuando fuertemente entre sí: aparte de fotones (luz) y fonones (vibraciones), se pueden generar electrones por fenómenos de origen no lineal. La interacción entre dichas partículas es muy compleja, pero se puede controlar de forma adecuada para dar lugar a nuevos fenómenos físicos.
 
“Las no linealidades son claves en nuestro sistema: al inyectar luz a una cavidad tan pequeña se produce la interacción controlada entre fotones, fonones y electrones, lo que nos permite tener múltiples estados, y pasar de estados muy ordenados – emisión coherente de fonones – a muy desordenados – generación caótica de fonones – cambiando la longitud de onda de la excitación láser” apunta Alejandro Martínez, investigador del Centro de Tecnología Nanofotónica de la UPV.
 
La interacción entre fotones y movimiento mecánico está mediada por fuerzas ópticas que, al interactuar con un cristal optomecánico, producen un haz de luz fuertemente modulado. En los estudios de optomecánica las no linealidades ópticas suelen considerarse perjudiciales y se procura minimizar sus efectos. Los investigadores sugieren usarlas para transportar información codificada en el caos.
 
“Sería factible codificar datos en las señales caóticas que se generan, lo que tendría una enorme utilidad en comunicaciones seguras no descifrables. Con la estructura propuesta la forma de generar señales caóticas es muy sencilla y eficiente, aunque todavía tenemos que demostrar la sincronización de cavidades optomecánicas actuando como fuente y receptor de señales caóticas. La idea sería incorporar a un sistema óptico de comunicaciones dos chips integrados que contengan cavidades optomecánicas para proteger la información añadiendo caos en el haz de luz en el punto de emisión y eliminándolo en el punto de recepción”, apunta Alejandro Martínez.
 
En el artículo publicado en Nature Communications, los investigadores presentan las complejas dinámicas no lineales observadas en un cristal optomecánico de silicio. El Dr. Daniel Navarro-Urrios es el primer autor de este trabajo que describe cómo un láser de onda continua y baja potencia se ve alterado tras atravesar una de esas estructuras que combinan las propiedades ópticas y mecánicas de la luz y la materia.
 
“Los resultados establecen las bases de una tecnología de bajo coste que permitiría alcanzar grandes niveles de seguridad en comunicaciones ópticas mediante la integración de sistemas criptográficos optomecánicos basados en el caos”, destaca.
 
Este estudio se enmarca dentro de PHENOMEN, un proyecto Europeo liderado por el ICN2, cuyo objetivo es establecer las bases de una nueva tecnología de la información que combine fonónica, fotónica y señales electrónicas de radiofrecuencia (RF).

Un estudio, en el que han participado investigadores de la Universitat Politècnica de València, a través de su Centro de Tecnología Nanofotónica; el Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) –líder del trabajo- y la Universidad de La Laguna, ha establecido las bases para el desarrollo de una tecnología de bajo coste que permitiría alcanzar grandes niveles de seguridad en comunicaciones ópticas. La clave reside en la generación de señales caóticas en una cavidad optomecánica fabricada en un chip de silicio. Su trabajo ha sido publicado en la revista Nature Communications.

Según explican los investigadores, la luz es esencial para las comunicaciones modernas basadas en la fibra de vidrio. Los cristales optomecánicos se diseñan a escala nanométrica para confinar fotones y unidades cuánticas de movimiento mecánico (fonones) en un mismo espacio físico. Estas estructuras todavía se estudian en entornos experimentales complejos pero podrían cambiar el futuro de las telecomunicaciones.

En una cavidad optomecánica hay varias partículas interactuando fuertemente entre sí: aparte de fotones (luz) y fonones (vibraciones), se pueden generar electrones por fenómenos de origen no lineal. La interacción entre dichas partículas es muy compleja, pero se puede controlar de forma adecuada para dar lugar a nuevos fenómenos físicos.

“Las no linealidades son claves en nuestro sistema: al inyectar luz a una cavidad tan pequeña se produce la interacción controlada entre fotones, fonones y electrones, lo que nos permite tener múltiples estados, y pasar de estados muy ordenados – emisión coherente de fonones – a muy desordenados – generación caótica de fonones – cambiando la longitud de onda de la excitación láser” apunta Alejandro Martínez, investigador del Centro de Tecnología Nanofotónica de la UPV.

La interacción entre fotones y movimiento mecánico está mediada por fuerzas ópticas que, al interactuar con un cristal optomecánico, producen un haz de luz fuertemente modulado. En los estudios de optomecánica las no linealidades ópticas suelen considerarse perjudiciales y se procura minimizar sus efectos. Los investigadores sugieren usarlas para transportar información codificada en el caos.

“Sería factible codificar datos en las señales caóticas que se generan, lo que tendría una enorme utilidad en comunicaciones seguras no descifrables. Con la estructura propuesta la forma de generar señales caóticas es muy sencilla y eficiente, aunque todavía tenemos que demostrar la sincronización de cavidades optomecánicas actuando como fuente y receptor de señales caóticas. La idea sería incorporar a un sistema óptico de comunicaciones dos chips integrados que contengan cavidades optomecánicas para proteger la información añadiendo caos en el haz de luz en el punto de emisión y eliminándolo en el punto de recepción”, apunta Alejandro Martínez.

En el artículo publicado en Nature Communications, los investigadores presentan las complejas dinámicas no lineales observadas en un cristal optomecánico de silicio. El Dr. Daniel Navarro-Urrios es el primer autor de este trabajo que describe cómo un láser de onda continua y baja potencia se ve alterado tras atravesar una de esas estructuras que combinan las propiedades ópticas y mecánicas de la luz y la materia.

“Los resultados establecen las bases de una tecnología de bajo coste que permitiría alcanzar grandes niveles de seguridad en comunicaciones ópticas mediante la integración de sistemas criptográficos optomecánicos basados en el caos”, destaca.

Este estudio se enmarca dentro de PHENOMEN, un proyecto Europeo liderado por el ICN2, cuyo objetivo es establecer las bases de una nueva tecnología de la información que combine fonónica, fotónica y señales electrónicas de radiofrecuencia (RF).





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