具有可不定切换光学纳米天线的超快加密技术
通信量的持续增长对能够以高速率提供可靠的信息交换安全性的新密码技术提出了新的要求。已经积极地提出并探索了许多方法。虽然大多数现代解决方案都侧重于软件算法的开发,但硬件实现提供了额外且有价值的安全性。这些方法的最近的例子包括数字超材料和超曲面,其考虑在电磁响应中具有强对比度的两种元素介质作为构建块(被视为“超材料位”)。这种信息比特的空间结构与整个系统的电磁特性之间的直接对应导致了许多有前途的功能,例如在辐射场模式中的信息编码以及模拟和数字计算。全光信息处理的替代策略应用双稳态,双稳态被广泛用于演示全光信号处理和基于光的计算。从物理角度来看,当系统的自由能格局中两个最小值被一个最大值隔开时就会发生双稳态。为了在最小值之间切换,系统受到一种激活能量的干扰,该激活能量通常由大幅度输入信号提供。在对应于“0”和“1”位的两个稳态之间切换的标准范例是基于当信号脉冲强度超过双稳阈值时发生转变的规则,否则,系统保持在初始状态。
图1 不确定切换的一般原理及其在流解密中的应用。a 理论方程计算的转换图。极角和半径对应于信号脉冲相位和强度。与“0”和“1”位相关联的黄色和粉红色区域表示在被信号脉冲干扰之后的最终系统状态。初始状态设置为“1”。灰色阴影区域标志着传统双稳态切换器的操作方式。当具有适当相位的信号脉冲的强度略微克服双稳态阈值并且系统保持在较弱脉冲的初始位置时,无论脉冲相位如何,都会出现转变。不确定的切换方式产生于更强的信号脉冲强度,将最终的稳态转换成脉冲参数的非线性函数。b 用双稳态异源二聚体实现不定切换的流解密示意图。用连续波背景辐射形成的异源二聚体的散射图案,可以把全方位或后向散射状态对应“1”和“0”位。借助于两个同步光电二极管来测量,可以通过切换纳米天线散射图案将密文(具有不同相位和强度的信号脉冲序列)解码为双比特明文。密文和明文之间的非线性关系由不定切换提供,这保证了强大的加密安全性。
对于迄今报告的全光双稳开关,当信号脉冲强度稍微超过双稳阈值并且系统对于较弱的脉冲返回到初始状态时,会出现这种类型的转变。近日,苏州大学的研究人员通过揭示不定切换现象来打破这个概念,其中共振双稳系统的最终稳态被转换成中等强度的信号脉冲参数的非平凡函数。与需要数千个逻辑门的软件辅助密码协议相比,不定切换的基本非线性允许用单个双稳态元件实现受良好保护的密码算法。作为概念证明,作者通过无限可切换的光学纳米天线展示了对“谜”一词的流解密。极高的比特率范围从每秒0.1到1太比特,并且小尺寸使得这样的系统有希望作为全光学加密架构的基本元件。相关内容以《Ultrafast cryptography with indefinitely switchable optical nanoantennas》为题,发表在《Light: Science & Applications》杂志上。
图2在信号脉冲的强度和相位中编码的消息的解密。a,b 使用加密密钥的开关图表。c,驱动包含背景辐射的光场和作为时间函数的密文脉冲序列。d (c)所示的激励产生的前(后)散射比。
来源: Light: Science & Applications
本文受译者委托,享有该文的专有出版权,其他出版单位或网站如需转载,请与本站联系,联系email::mail#opticsjournal.net。(为防止垃圾邮件,请将#换为@)否则,本站将保留进一步采取法律手段的权利。