KR20230028377A - 양자 보안 네트워크 클럭 동기화 - Google Patents
양자 보안 네트워크 클럭 동기화 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230028377A KR20230028377A KR1020237001306A KR20237001306A KR20230028377A KR 20230028377 A KR20230028377 A KR 20230028377A KR 1020237001306 A KR1020237001306 A KR 1020237001306A KR 20237001306 A KR20237001306 A KR 20237001306A KR 20230028377 A KR20230028377 A KR 20230028377A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- node
- nodes
- photon
- equation
- network
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 18
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 18
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 16
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 13
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 41
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 20
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000003416 augmentation Effects 0.000 description 4
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 240000000736 Amomum maximum Species 0.000 description 1
- 241001315286 Damon Species 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005284 basis set Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010367 cloning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J3/00—Time-division multiplex systems
- H04J3/02—Details
- H04J3/06—Synchronising arrangements
- H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
- H04J3/0679—Clock or time synchronisation in a network by determining clock distribution path in a network
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/27—Arrangements for networking
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/70—Photonic quantum communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J3/00—Time-division multiplex systems
- H04J3/02—Details
- H04J3/06—Synchronising arrangements
- H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
- H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J3/00—Time-division multiplex systems
- H04J3/02—Details
- H04J3/06—Synchronising arrangements
- H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
- H04J3/0682—Clock or time synchronisation in a network by delay compensation, e.g. by compensation of propagation delay or variations thereof, by ranging
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
- H04L63/14—Network architectures or network communication protocols for network security for detecting or protecting against malicious traffic
- H04L63/1408—Network architectures or network communication protocols for network security for detecting or protecting against malicious traffic by monitoring network traffic
- H04L63/1416—Event detection, e.g. attack signature detection
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
- H04L63/14—Network architectures or network communication protocols for network security for detecting or protecting against malicious traffic
- H04L63/1408—Network architectures or network communication protocols for network security for detecting or protecting against malicious traffic by monitoring network traffic
- H04L63/1425—Traffic logging, e.g. anomaly detection
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
- H04L63/14—Network architectures or network communication protocols for network security for detecting or protecting against malicious traffic
- H04L63/1441—Countermeasures against malicious traffic
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
- H04L63/14—Network architectures or network communication protocols for network security for detecting or protecting against malicious traffic
- H04L63/1441—Countermeasures against malicious traffic
- H04L63/145—Countermeasures against malicious traffic the attack involving the propagation of malware through the network, e.g. viruses, trojans or worms
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Virology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
데몬 공격 검출을 갖는 양자 보안 시간 전송을 제공하기 위한 다중 노드 양자 통신 네트워크가 설명된다. 네트워크는 폐루프를 형성하는 인증된 통신 채널들을 통해 연결된 3개 이상의 노드들을 포함한다. 광자들이 3개 이상의 노드들 사이에서 이동하는 데 필요한 시간 지속기간들뿐만 아니라 로컬 시간들 사이의 차이들을 결정함으로써, 네트워크는, 존재하는 경우, 데몬 공격을 검출한다. 예를 들어, 네트워크는 데몬 공격을 검출하기 위해 폐루프 조건을 부과한다. 네트워크는 또한, 네트워크의 3개 이상의 노드들에서 로컬 클럭들을 동기화하기 위해 노드들 사이의 광자 이동에 대한 시간 지속기간들 및 로컬 시간 차이들을 사용할 수 있다.
Description
우선권 주장
본 출원은 2020년 6월 15일자로 출원된 "Quantum Secure Network Clock Synchronization" 이라는 제목의 미국 가특허출원 제 63/039363 호에 대해 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 양자 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3개 이상의 노드를 갖는 양자 통신 네트워크에 관한 것이다.
발명의 배경
양자 통신, 즉 광자의 양자 특성의 사용에 의해 가능하게 되는 보안 광 통신은 더 많이 수용되고 주류화되고 있다. 양자 통신 시스템들의 대규모 광섬유 및 자유 공간 광학 구현들이 입증되었지만, 포인트-투-포인트, 2-노드 시스템을 다중-노드 네트워크로 확장하는 것은 구현하기 어려웠다.
발명의 요약
일 실시양태에 따라, 데몬 공격 검출을 갖는 양자 보안 시간 전송을 제공하기 위한 다중 노드 양자 통신 네트워크가 설명된다. 네트워크는 폐루프를 형성하는 인증된 통신 채널들을 통해 연결된 3개 이상의 노드들을 포함한다. 광자들이 3개 이상의 노드들 사이에서 이동하는 데 필요한 시간 지속기간들뿐만 아니라 로컬 시간들 사이의 차이들을 결정함으로써, 네트워크는, 존재하는 경우, 데몬 공격(Damon attack)을 검출한다. 예를 들어, 네트워크는 데몬 공격을 검출하기 위해 폐루프 조건(closed loop condition)을 부과한다. 네트워크는 또한 네트워크의 3개 이상의 노드들에서 로컬 클럭들(local clocks)을 동기화하기 위해 노드들 사이의 광자 이동에 대한 시간 지속기간들 및 로컬 시간 차이들을 사용할 수 있다.
다른 실시양태에 따르면, 데몬 공격 검출을 갖는 양자 보안 시간 전송을 제공하기 위한 다중 노드 양자 통신 네트워크는 제 1, 제 2, 및 제 3 노드들을 포함한다. 제 1 노드는 제 1 로컬 클럭, 및 제 1 얽힌 광자 쌍(entangled photon pair)을 제공하기 위한 제 1 광자 쌍 소스를 포함하고, 그 제 1 얽힌 광자 쌍은 제 1 및 제 2 광자들을 포함한다. 제 1 노드는 또한, 제 1 로컬 클럭에서 제 1 로컬 시간(t1)에 제 1 광자를 캡처하기 위한 제 1 캡처 디바이스, 및 제 2 광자를 제 1 노드로부터 멀리 지향(directing)시키기 위한 제 1 커플링 메커니즘(coupling mechanism)을 포함한다. 제 1 노드는 제 1 노드의 외부로부터 광자들을 수신하기 위한 제 1 측정 디바이스, 및 적어도 제 1 로컬 클럭, 제 1 광자 쌍 소스, 제 1 캡처 디바이스, 제 1 커플링 메커니즘, 및 제 1 측정 디바이스를 제어하기 위한 제 1 제어기를 더 포함한다. 제 2 노드는 제 2 로컬 클럭, 및 제 2 얽힌 광자 쌍을 제공하기 위한 제 2 광자 쌍 소스를 포함하고, 그 제 2 얽힌 광자 쌍은 제 3 및 제 4 광자들을 포함한다. 제 2 노드는 또한 제 2 로컬 클럭에서 제 2 로컬 시간(t2)에 제 3 광자를 캡처하기 위한 제 2 캡처 디바이스, 및 제 4 광자를 제 2 노드로부터 멀리 지향시키기 위한 제 2 커플링 메커니즘을 포함한다. 제 2 노드는 제 2 노드의 외부로부터 광자들을 수신하기 위한 제 2 측정 디바이스, 및 적어도 제 2 로컬 클럭, 제 2 광자 쌍 소스, 제 2 캡처 디바이스, 제 2 커플링 메커니즘, 및 제 2 측정 디바이스를 제어하기 위한 제 2 제어기를 더 포함한다. 제 3 노드는 제 3 로컬 클럭, 및 제 3 얽힌 광자 쌍을 제공하기 위한 제 3 광자 쌍 소스를 포함하고, 그 제 3 얽힌 광자 쌍은 제 5 및 제 6 광자들을 포함한다. 제 3 노드는 또한 제 3 로컬 클럭에서 제 3 로컬 시간(t3)에 제 5 광자를 캡처하기 위한 제 3 캡처 디바이스, 및 제 6 광자를 제 3 노드로부터 멀리 지향시키기 위한 제 3 커플링 메커니즘을 포함한다. 제 3 노드는 제 3 노드의 외부로부터 광자들을 수신하기 위한 제 3 측정 디바이스, 및 적어도 제 3 로컬 클럭, 제 3 광자 쌍 소스, 제 3 캡처 디바이스, 제 3 커플링 메커니즘, 및 제 3 측정 디바이스를 제어하기 위한 제 3 제어기를 더 포함한다. 네트워크는 제 1 및 제 2 노드들을 통신가능하게 연결하는 제 1 인증된 통신 채널, 제 2, 및 제 3 노드들을 통신가능하게 연결하는 제 2 인증된 통신 채널, 및 제 3 및 제 1 노드들을 통신가능하게 연결하는 제 3 인증된 통신 채널을 더 포함한다. 제 1, 제 2, 및 제 3 노드들과 제 1, 제 2, 및 제 3 인증된 통신 채널들은 폐루프를 형성한다. 제 1, 제 2, 및 제 3 제어기들은 제 1, 제 2, 및 제 3 로컬 시간들 사이의 차이들을 결정하도록, 뿐만 아니라 제 2 광자가 제 1 노드로부터 제 2 노드로 이동하는데, 제 2 광자가 제 1 노드로부터 제 3 노드로 이동하는데, 제 4 광자가 제 2 노드로부터 제 1 노드로 이동하는데, 제 4 광자가 제 2 노드로부터 제 3 노드로 이동하는데, 제 6 광자가 제 3 노드로부터 제 1 노드로 이동하는데, 그리고 제 6 광자가 제 3 노드로부터 제 2 노드로 이동하는데 필요한 시간 지속기간들을 측정하도록 구성된다. 제 1, 제 2, 및 제 3 제어기들은 또한 제 1, 제 2, 및 제 3 로컬 시간들 사이의 차이들, 및 그렇게 측정된 시간 지속기간들을 사용하여, 존재하는 경우, 데몬 공격을 검출하도록 구성된다.
추가적인 실시양태에 따르면, 제 1, 제 2, 및 제 3 제어기들은 폐루프 조건이 만족되지 않는 경우 데몬 공격을 검출하도록 더 구성된다. 일 실시양태에서, 폐루프 조건은 
로서 정의되고, 여기서, t1 은 제 1 노드에서의 로컬 시간이고, t2 는 제 2 노드에서의 로컬 시간이며, t3 는 제 3 노드에서의 로컬 시간이고, 
, 
, 및 
이다.
다른 실시양태에서, 제 1, 제 2, 및 제 3 광자 쌍 소스들은 편광-얽힘 광자 쌍들(polarization-entangled photon pairs)을 생성하도록 구성된다.
또 다른 실시양태에서, 제 1, 제 2, 및 제 3 로컬 시간들 사이의 차이들과 그렇게 측정된 시간 지속기간들은 제 1, 제 2, 및 제 3 로컬 클럭들을 동기화하기 위해 사용된다.
또 다른 실시양태에 따르면, 양자-보안 시간 전송(quantum-secure time transfer)을 제공하기 위한 다중-노드 양자 통신 네트워크(multi-node quantum communication network)에서 데몬 공격의 존재를 결정하기 위한 방법이 설명된다. 그 방법은 네트워크 내의 적어도 3개의 노드들에 의해 형성된 폐루프를 식별하는 단계, 및 그 적어도 3개의 노드들의 로컬 클럭들 사이의 차이들을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 그렇게 결정된 차이들에 폐루프 조건을 부과하는 단계, 및 폐루프 조건이 그렇게 결정된 차이들에 의해 만족되지 않는 경우, 데몬 공격의 존재를 검출하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 실시양태에서, 상기 방법은, 적어도 3개의 노드들의 각각의 노드에서, 얽힌 광자 쌍을 생성하는 단계 - 그 얽힌 광자 쌍은 제 1 광자 및 그 제 1 광자와 얽힌 제 2 광자를 포함함 -; 및 상기 적어도 3개의 노드들 중 하나의 노드에 대한 로컬 시간에 제 1 광자를 캡처하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제 2 광자가 상기 적어도 3개의 노드들 중 하나의 노드로부터 상기 적어도 3개의 노드들 중 다른 하나의 노드로 이동하기 위한 이동 시간을 측정하는 단계, 상기 적어도 3개의 노드들 중 하나의 노드로부터 상기 적어도 3개의 노드들 중 다른 하나의 노드로의 로컬 시간에서의 차이를 계산하는 단계, 및 상기 적어도 3개의 노드들 중 각각의 노드에서의 로컬 클럭이 상기 적어도 3개의 노드들 중 다른 하나의 노드와 동기화되는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함한다.
도면들의 간단한 설명
도 1은 2-노드 양자 통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시양태에 따른, 다수의 노드들에 걸쳐 보안 시간 전송을 가능하게 하는 양자 통신 시스템의 2개의 노드들을 도시한다.
도 3은 일 실시양태에 따른, 3-노드 양자 통신 시스템에 대한 구성을 도시한다.
도 4은 일 실시양태에 따른, 3-노드 양자 통신 시스템에 대한 다른 구성을 도시한다.
도 5는 일 실시양태에 따른, 4-노드 양자 통신 시스템에 대한 구성을 도시한다.
도 6은 일 실시양태에 따른, 4-노드 양자 통신 시스템에 대한 다른 구성을 도시한다.
도 7은 일 실시양태에 따른, 4-노드 양자 통신 시스템에 대한 또 다른 구성을 도시한다.
도 8은 일 실시양태에 따른, 5-노드 양자 통신 시스템에 대한 구성을 도시한다.
도 1은 2-노드 양자 통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시양태에 따른, 다수의 노드들에 걸쳐 보안 시간 전송을 가능하게 하는 양자 통신 시스템의 2개의 노드들을 도시한다.
도 3은 일 실시양태에 따른, 3-노드 양자 통신 시스템에 대한 구성을 도시한다.
도 4은 일 실시양태에 따른, 3-노드 양자 통신 시스템에 대한 다른 구성을 도시한다.
도 5는 일 실시양태에 따른, 4-노드 양자 통신 시스템에 대한 구성을 도시한다.
도 6은 일 실시양태에 따른, 4-노드 양자 통신 시스템에 대한 다른 구성을 도시한다.
도 7은 일 실시양태에 따른, 4-노드 양자 통신 시스템에 대한 또 다른 구성을 도시한다.
도 8은 일 실시양태에 따른, 5-노드 양자 통신 시스템에 대한 구성을 도시한다.
발명의 실시양태들의 상세한 설명
이하, 본 발명의 실시양태들이 도시된 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 보다 충분히 설명된다. 하지만, 본 발명은 다수의 상이한 형태들로 구현될 수도 있으며, 본 명세서에 기술된 실시양태들로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 본 개시가 철저하도록, 완벽하도록 그리고 당업자에게 본원의 범위를 완전히 전달하도록 이들 실시양태들이 제공된다. 도면들에 있어서, 계층들 및 영역들의 사이즈 및 상대적인 사이즈들이 명료화를 과장될 수도 있다. 동일한 숫자들은 전체적으로 동일한 엘리먼트들을 나타낸다.
"제 1", "제 2", "제 3" 등의 용어는 다양한 엘리먼트들, 컴포넌트들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수도 있지만, 이들 엘리먼트들, 컴포넌트들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들은 이들 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 이들 용어들은 하나의 엘리먼트, 컴포넌트, 영역, 층, 또는 섹션을 다른 영역, 층, 또는 섹션으로부터의 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 논의되는 제 1 엘리먼트, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 교시를 벗어나지 않고 제 2 엘리먼트, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있을 것이다.
"밑(beneath)", "아래(below)", "하부(lower)", "하(under)", "위(above)", "상부(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은 본 명세서에서 도면들에 도시된 바와 같이 하나의 엘리먼트 또는 피처의 다른 엘리먼트(들) 또는 피처(들)에 대한 관계를 설명하기 위해 설명의 편의를 위해 사용될 수도 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 배향 이외에도 동작 또는 사용 시 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하도록 의도됨을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면들에서의 디바이스가 뒤집어지면, "아래" 또는 "밑" 또는 "하"로 설명된 엘리먼트들은 다른 엘리먼트들 또는 피처들 "위에" 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어들 "아래" 및 "하"는 위 및 아래의 배향 양자 모두를 포함할 수 있다. 디바이스는 다르게 배향될 수도 있고 (90 도로 또는 다른 배향들로 회전될 수도 있고), 본원에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술적 용어들은 이에 따라 해석될 수도 있다. 또한, 층이 2개의 층 사이에 있는 것으로 언급될 때, 이는 2개의 층 사이의 유일한 층일 수 있거나, 또는 하나 이상의 개재 층이 또한 존재할 수도 있다는 것이 또한 이해될 것이다.
본원에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시양태들을 설명하는 목적을 위한 것이고, 본 발명을 한정하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태들 ("a", "an" 및 "the") 은, 문맥에서 달리 분명하게 표시되지 않는 한 복수의 형태들도 또한 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 용어 "포함하다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)" 은 언급된 피처들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 및/또는 컴포넌트들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 피처들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 더욱 이해될 것이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는" 은 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합들을 포함하고 "/" 로서 약술될 수도 있다.
어떤 엘리먼트 또는 층이 다른 엘리먼트 또는 층 "상(on)", "접속(connected to)", "커플링(coupled to)", 또는 "인접(adjacent to)" 한다고 언급될 때, 그것은 다른 엘리먼트 또는 층에 직접 상에, 접속(connected to), 커플링(coupled to), 또는 인접(adjacent to)할 수 있거나, 또는 개재 엘리먼트들 또는 층들이 존재할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 반면에, 어떤 엘리먼트가 다른 엘리먼트 또는 층에 "직접 상에", "직접 연결", "직접 커풀링", 또는 "직접 인접" 하는 것으로 언급될 때, 개재 엘리먼트들 또는 층들은 존재하지 않는다. 마찬가지로, 광이 하나의 엘리먼트"로부터" 수신되거나 제공될 때, 그것은 그 엘리먼트로부터 또는 개재 엘리먼트로부터 직접 수신 또는 제공될 수 있다. 한편, 광이 하나의 엘리먼트"로부터직접" 수신되거나 제공될 때, 중간 엘리먼트들은 존재하지 않는다.
본 발명의 실시양태들은 본 발명의 이상적인 실시양태들(및 중간 구조들)의 개략도들인 단면도들을 참조하여 본 명세서에서 설명된다. 이와 같이, 예를 들어, 제조 기술들 및/또는 허용 오차들의 결과로서 도시들의 형상들로부터의 변형들이 예상될 것이다. 따라서, 본 발명의 실시양태들은 본 명세서에 도시된 영역들의 특정 형상들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 예를 들어 제조로부터 초래되는 형상들에서의 편차들을 포함하는 것이다. 따라서, 도면들에서 도시된 영역들은 본질적으로 개략적이며, 그들의 형상들은 디바이스의 영역의 실제 형상을 도시하도록 의도되지 않으며 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
달리 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들 포함)은, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전들에 정의되어 있는 것들과 같은 용어들은 관련 기술 및/또는 본 명세서의 문맥상 그들의 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이다.
얽힌 광자들의 신뢰성 있는 생성과 같은 양자 통신의 특정 양태들이 신뢰성 있게 입증되었지만, 특정 다른 양태들은 여전히 어렵다. 하나의 예는 양자 통신 네트워크의 다수의 노드들을 통한 동기화 및 클럭 동기화에 대한 필요성이다. 예를 들어, 2-노드 양자 네트워크에 대한 클럭 동기화는 Lamas-Linares 등에 대한 "Quantum Secure Clock Synchronization Based on Time-Energy and Polarization Entangled Photon Pairs" 라는 제목의 미국 공보 US 2020/0084033 A1 에서 설명되어 있다. 이 특허 출원은 2개의 노드들에서 클럭들을 안전하게 동기화하는 방식들을 설명하지만, 모든 노드 조합에 대해 노드-대-노드 시간 전송을 별도로 확립함이 없이 다수의 노드들을 갖는 더 큰 네트워크들로 개념을 확장하는 것에 대해서는 논의하지 않는다. 즉, 이전에 설명된 방법들은 2개의 노드들 사이의 클럭들의 동기화를 논의하지만, 이들은 네트워크를 2-노드 네트워크들의 클러스터로서 처리하지 않고 3개 이상의 노드들의 네트워크를 통한 클럭들의 동기화에 관한 개시가 없다.
예를 들어, 도 1은 양방향 링크(양자 채널)(110)에 의해 연결된 노드들 A 및 B를 포함하는 2-노드 네트워크(100)를 도시한다. 양자 채널(quantum channel)(110)의 길이는 알려지거나 알려지지 않을 수도 있다. 광자가 노드 A로부터 노드 B로 이동하기 위한 전파 시간(화살표 112로 표시됨)은 
이고, 광자가 노드 B로부터 노드 A로 이동하기 위한 전파 시간(화살표 114로 표시됨)은 
이다. 각각의 노드 내에는, 노드에서의 로컬 시간 (노드들 A 및 B에서 각각 
및 
) 을 유지하고 설정 주파수 (노드들 A 및 B에서 각각 
및 
) 에서 동작시키기 위해 로컬 클럭 (노드들 A 및 B에서 각각 120 및 130) 이 존재한다. 이 초기 논의를 위해 
을 가정한다. 시간 라벨들 
및 
은 서로에 대해 알려지지 않은 관계를 갖는 것으로 가정되고, 로컬 클럭들(120 및 130) 사이의 관계는 알려지지 않는다. 로컬 클럭들(120 및 130)이 동일한 위치에 함께 배치되는 경우의 시간 차이는 다음과 같이 표현될 수 있다:
도 1을 계속 참조하면, 얽힌 광자 쌍 소스 (노드들 A 및 B에서 각각 122 및 132) 는, 예를 들어, 자발적 파라메트릭 하향 변환(spontaneous parametric down-conversion; SPDC) 또는 유사한 방법에 의해 편광 얽힌 광자 쌍들을 생성한다. 각각의 광자 쌍으로부터의 하나의 광자는 제 1 검출기(노드들 A 및 B 에서 각각 124 및 134)에 의해 국부적으로 검출되고 로컬 시간(노드들 A 및 B 에서 각각 
및 
)이 할당된다. 각각의 광자 쌍으로부터의 다른 광자는 양자 채널(110)을 통해 다른 노드를 향해 전송되고, 서큘레이터(예를 들어, 노드들 A 및 B 에서 각각 편광 유지 서큘레이터들(126 및 136))에 의해 분리되고, 제 2 검출기(노드들 A 및 B 에서 각각 128 및 138)에 의해 검출되고, 수신 노드에서의 클럭 (노드들 A 및 B 에서 각각 
및 
) 에 따라 시간 태깅된다. 검출 및 시간 태깅(time tagging)의 이러한 프로세스는 측정으로 지칭되며, 편광 상태의 투영 및 검출기에 의한 그 광자의 소멸을 포함한다.
각각의 광자 쌍에서의 광자들은 생성 노드에 의해 국부적으로 할당된 시간 라벨들과 원격 노드 사이의 관계를 나타낸다. 이 관계는 고유 클럭 차이 및 생성 노드와 원격 노드 사이의 전파 시간에 의존한다. 노드 A에서 생성되는 임의의 주어진 광자 쌍 i 에 대해, 이 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다:
생성된 모든 광자 쌍들에 대해 
를 획득하기 위한 효율적인 방법은 노드 A에서 생성된 광자들에 대응하는 모든 시간 라벨들에 대해 교차 상관(cross correlation)을 계산하는 것이다. 교차 상관의 최대 값 
은 다음과 같이 표현될 수 있다:
유사하게, 노드 B로부터 유래하는 광자 쌍들에 대해, 교차 상관의 최대 값 
은 다음과 같이 표현될 수 있다:
원칙적으로 
에 대한 보장은 없다는 점에 유의한다. 그러나, 광 섬유 또는 자유 공간 단일 모드 광 채널이 양자 채널(110)로서 사용될 때, 방향들(112 및 114)로 이동하는 광자들은 그들의 전파 방향들을 제외하고 본질적으로 동일하다고 가정된다. 따라서, 이 예에서는 간략화를 위해 
라고 가정된다. 따라서, 시간 차이 
는 다음과 같이 표현될 수 있다:
그러면, 양자 채널(110)의 대칭에 관계 없이 라운드-트립 시간은 다음과 같이 표현될 수 있다:
상기 식들에서 확립된 알려진 관계들을 이용하여, 노드들 A 및 B 각각에서 2 개의 로컬 클럭들 (120 및 130) 사이의 시간 관계들이 2 개의 로컬 클럭들을 동기화하기 위해 추출될 수 있다. 심지어 원자 클럭들 사이의 상대적인 시간 판독들이 짧은 시간 프레임 내에서 드리프트할 수 있고, 시간 전송(time transfer)의 중단은 양자 채널에 대한 적대적 공격의 하나의 표시자이기 때문에, 클럭 동기화(clock synchronization)는 양자 통신들 (및 다른 통신 인프라스트럭처들) 에 필수적이다. 따라서, 전체적인 데이터 전송의 보안(security)을 보장하기 위해서는 안전한 스푸핑 방지(non-spoofable) 방식의 양자 통신 네트워크의 노드들 간의 시간 전송이 필수적이다. 즉, 네트워크 내의 임의의 2개의 노드들은 그 노드들을 연결하는 채널이 랜덤 시간들에서 생성되고 전파 방향을 제외한 그들의 속성들에서 동일한 광자들의 전파를 위해 시간에 있어서 대칭이라는 추가적인 가정을 갖는 양자 보안 방식으로 시간에 있어서 동기화될 수 있다. 악의적인 당사자("데몬(Damon)")가 양자 채널에서 비대칭의 정도의 제어를 얻게 되면, 그는 그것을 사용하여 두 노드들 사이의 측정된 오프셋을 조작할 수 있다. 여하튼, 2-노드 네트워크에서, 단일 채널의 대칭을 조작하는 악의적인 당사자의 능력은 절차의 보안성을 손상시키고, 네트워크 운영자는 침입에 대해 통지될 수 있다.
그러나, 상기 논의는 2-노드 네트워크로 제한된다. 상기 접근법을 사용하여 2개 초과의 노드들을 포함하는 양자 통신 네트워크로 확장하기 위해, 가정들 및 계산들은 네트워크 내의 노드들의 각각의 쌍에 대해 반복되어야 한다(즉, 쌍대 동기화). 즉, 2개의 노드를 넘어 다중 노드 네트워크로의 시간 전송을 위한 상기 접근법의 직접적인 적용은 사소하지 않다.
각각의 노드에서 하드웨어의 동작 및 기능에 대한 적절한 조정들의 세트에 의해, 양자 통신 네트워크 내의 다수의 노드들 사이의* 시간 전송은 안전한, 스푸핑가능하지 않은 방식으로 크게 단순화될 수 있다는 것이 본원에서 인식된다.
다중 노드 양자 통신 네트워크가 설명된다. 네트워크는, 양자 채널들을 통해 연결되고 네트워크 내의 모든 노드들에 걸친 양자-보안 시간 전송이 가능하도록 구성된 3개 이상의 노드들을 포함한다. 네트워크는 또한 3개 이상의 노드들에서 로컬 클럭들의 동조화 및 동기화를 제공하도록 구성된다. 양자-보안 시간 전송을 갖는 다중-모드 양자 통신 네트워크를 동작시키는 방법이 또한 설명된다.
특히, 본 개시는 3개 이상의 노드들의 네트워크에서 클럭들 사이의 보안 시간 전송을 위한 양자 보안 클럭 동기화 및 동조화 하드웨어 및 절차를 제공한다. 이 네트워크에서의 노드들의 각각은 다음을 포함한다:
- 네트워크에서의 다른 클럭들에 대한 초기에 알려지지 않은 오프셋을 갖는 로컬 클럭 (예를 들어, 도 1의 로컬 클럭(120))
- 예를 들어, SPDC에 기초한 높은 고유 시간 상관들을 갖는 편광-얽힌 광자 쌍들의 소스(예를 들어, 소스(122))
- 얽힌 광자 쌍의 하나의 멤버를 포함하는 하향 변환 모드들 중 하나에 대한 캡처 디바이스(예를 들어, 제 1 검출기(124))
- 생성 노드를 다른 수신 노드에 연결하는 단일 광학 모드로 얽힌 광자 쌍의 다른 멤버가 도입되도록 하는 커플링 메커니즘 (예를 들어, 양자 채널(110))
- 양자 채널로부터 들어오는 신호에 연결된 측정 디바이스 (예를 들어, 서큘레이터(126) 및 제 2 검출기(128))
- 노드의 각 멤버와 네트워크의 나머지 사이에 인증된 통신 채널(때로는 고전적 채널이라고도 하며, 위에서 언급한 양자 채널로 동시에 기능할 수 있음)
- 다중 노드 네트워크 전체에 걸쳐 보안 시간 전송을 가능하게 하기 위해 각각의 노드에 대한 상기 컴포넌트들을 관리하도록 구성된 제어기(예를 들어, 도 2의 제어기(220))
네트워크 내의 노드의 다양한 컴포넌트들이 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 네트워크 부분(200)은 2개의 노드 A 및 B를 포함하고, 이들 각각은 도 1에 도시된 2-노드 네트워크에 추가하여, 제어기(예를 들어, 노드들 A 및 B 에서 각각 제어기(220 및 230)) 및 추가 노드로의 연결들을 포함한다. 제어기들(220 및 230)은 네트워크 내의 다양한 노드들 사이의 양자 보안 시간 전송을 가능하게 하는 추가적인 기능들을 제공한다.
다중-노드 네트워크에서, 위에서 설명된 바와 같이, 네트워크 내의 임의의 2개의 노드들 사이의 쌍대 동기화 절차들(pairwise synchronization procedures)은 네트워크 토폴로지로부터 발생하는 추가적인 제약들의 세트로부터 도출된 불일치들을 도입하기 전에 데몬이 수행할 수 있는 가능한 채널 조작들 사이의 관계들의 세트를 제공할 수 있다. 비-수학적 용어들에서, 이들 제약들은 데몬이 전체 네트워크의 상이한 섹션들을 동시에 제어하고 상이한 채널들에서 동일한 크기 및 반대 부호 비대칭들을 도입해야 하는 것을 암시한다는 것이 본원에서 인식된다. 상세한 수학적 구조는 또한 모든 쌍대 교환들이 다중-노드 네트워크 전체에 걸쳐 보안 시간 전송을 보장하기 위해 필요한 것은 아님을 예시하며, 따라서 쌍대 교환들의 최소 수를 결정하기 위한 구성적 레시피(constructive recipe)를 제공하며, 따라서 유용하고 최적의 네트워크 토폴로지 및 시스템 구조를 결정한다는 것이 본 명세서에서 추가로 인식된다.
아래에서 설명되는 네트워크 구성들에서, 네트워크 토폴로지에 의해 도입된 제약들은 인증된 통신 채널을 통해 모든 노드들에 이용가능하고 일관성을 위해 지속적으로 모니터링될 수 있다. 이러한 제약들에 관련된 모니터링된 값들의 임의의 불일치는 시간 전송 절차의 도출된 신뢰 레벨의 수정을 초래할 수 있다. 토폴로지 조건들은 또한 네트워크 채널들 및 물리 법칙들에 관한 임의의 추가적 지식에 의해 증강될 수 있다. 예를 들어, 그들의 상대적인 거리가 알려진 지구에 기초한 2개의 움직이지 않는 정지 노드들에 대해, 노드들 사이의 최소 전파 시간이 진공에서의 광 속도의 시간과 같거나 더 크다는 것은 안전한 가정이며, 모든 전파 시간은 다른 가정들 중에서도, 0보다 커야 한다. 공간 환경에서 노드들 사이의 링크들에 대해, 링크 자체는 간섭에서의 시도들에 대해 원격으로 모니터링될 수 있고, 따라서 매우 정교할 수도 있는 대칭 파괴 공격들(symmetry breaking attacks)에 대해 동일한 것으로 가정될 수 있다. 네트워크의 수명 동안 노드들이 애드혹(ad hoc)으로 추가되고 철회되는 동적 네트워크에서, 데몬 공격의 조작들에 대한 제약들은 토폴로지에서의 변화들에 따라 변화하고 네트워크 전체에 전파되어, 성공적인 해킹에 대한 또 다른 어려움을 도입한다.
또한, 아래에서 설명되는 네트워크 구성에서, 타이밍 신호 자체(즉, 교환되는 얽힌 광자들)의 진본성(authenticity)은 광자 쌍들에 대해 벨 부등식 분석(Bell inequality analysis)을 수행하는 송신 및 수신 노드들의 능력에 의해 보장될 수 있다. 양자역학의 무-클로닝 정리(no-cloning theorem) 및 얽힘(entanglement)의 모노가미(monogamy)로 인해, 타이밍 신호의 제조(즉, 스푸핑(spoofing))에 의한 데몬 공격 및 이러한 방식으로 동기화 프로세스를 조작하는 것은 본질적으로 불가능하다. 즉, 본 개시는 시간 전송 절차를 타겟으로 하는 악의적인 당사자에 의해 도입된 가능한 수정들을 제한하기 위해 양자 시간 전송 네트워크 상의 네트워크 속성들에 관한 추가적인 지식(예를 들어, 전파 시간들에 대한 제한들)을 통합하는 방법을 제공한다.
일 실시양태에서, 다수의 노드들에서의 클럭들의 동기화는 클럭들 사이의 시간 전송뿐만 아니라 동기화 양자 모두에 적용된다. 즉, 본 명세서에 설명된 프로세스는 클럭 동기화(clock synchronization)(즉, 주어진 순간에 동일한 시간을 판독하기 위해 상이한 클럭들을 설정하는 것) 및 클럭 동조화(clock syntonization)(즉, 클럭들이 디스플레이되는 시간에 관계없이, 동일한 주파수 또는 레이트로 클럭들을 설정하는 것) 양자 모두에 적용가능하다. 클럭들은 그들의 시간 유지 디바이스들에서 약간의 차이들로 인해 서로로부터 멀리 드리프트할 것이지만, 주어진 순간 동안 동기화될 수 있다는 것이 인식된다. 또한, 클럭들은 그들의 시간 유지 디바이스들에서의 이러한 약간의 차이들이 어떤 방식으로 보상되도록 동기화될 수 있지만, 그들은 그들의 페이스들(faces)에서 상이한 시간들을 여전히 판독할 수도 있다. 현재 개시된 네트워크 구현은 2개 이상의 노드들과의 전체 네트워크에 걸쳐 보안 동기화 및 동조화 양자 모두를 허용한다. 보안 동기화는, 예를 들어, 2개의 노드들에서의 성공적인 쌍 검출들 사이의 시간 간격들의 비교에 의해 달성될 수 있다. 특히, 보안 동기화를 위한 능력은, 예를 들어, 5G 및 군사 애플리케이션들에 요구되는 큰 메시 및 보안 네트워크 통신들에 대한 이점들을 제공할 수 있다. 다시 말해서, 본 명세서에 설명된 양자 통신 시스템은 시간 전송의 정확성에 영향을 줄 상당한 상대적 드리프트가 없도록 다양한 클럭들을 충분히 동기화된 상태로 유지하기 위해 "본질적으로" 사용될 수 있다. 즉, 네트워크 전체에 걸친 클럭 주파수들이 본질적으로 동일하기 때문에, 다른 클럭들에 대한 상대적인 클럭 드리프트는 동작 동안 지속적으로 정정될 수 있다.
얽힌 광자들의 분포가 사용될 수 있는 하나의 방식은 2개의 노드들 사이에 보안 키를 생성하여 이들 키들이 개방 채널들에서 송신된 정보를 인코딩하는데 사용될 수 있도록 하는 것이며, 따라서 비인가된 수동 청취자들 또는 도청자들로부터 타이밍 결론들을 모호하게 하는 것을 돕는다. 예를 들어, 포지셔닝, 내비게이션, 및 타이밍(PNT) 관련 절차들을 보안하기 위해 본 명세서에 설명된 네트워크 구성을 사용함으로써, 통신 시스템은 동기화 절차로부터 수집된 정보의 내장 보호(in-built protection)를 제공한다.
이제 도 3을 참조하면, 간단한 3-노드 양자 통신 네트워크(200)가 예시된다. 노드들 A, B, 및 C 각각은 예를 들어 도 2에 예시된 노드 컴포넌트들을 포함한다. 노드들 간의 다양한 전파 시간들이 도 2에 도시되어 있다. 이전에 논의된 2-노드 예에서와 같이, 링크들이 그들의 전파 시간들에서 대칭이라는 보장은 없다 (예를 들어, 
는 
와 반드시 동일하지는 않다).
이러한 3-노드 네트워크에 있어서, 분석의 제 1 단계는 3개의 양들: 
,
, 및 
을 결정하는 것이다. 2-노드의 경우와 유사하게, 다음과 같이 측정된 쌍을 이룬 양들을 획득한다:
식들 8-13 에서의 의 쌍대 관계들 외에도, 폐루프에서 클럭들 사이의 관계는 다음과 같은 추가적인 제약을 제공한다:
이러한 추가적인 루프 제약은 검출 없이 데몬 공격에 잠재적으로 도입될 수도 있는 시스템의 가능한 비대칭성들을 제공한다. 식들 8-13 과 식 14 의 결합하면 다음과 같이 된다:
편의상, 
및 
이 가정되고, 그리고 다른 노드들 사이의 동등 양들에 대해 유사하게 가정된다. 파라미터 
는 노드들 사이의 각각의 양자 채널의 비대칭성에 대응하고, 
는 각 방향에서 두 노드들 사이에 발생하는 상호 상관들 사이의 차이들에 대응한다. 위의 식들 및 제약들을 결합하면 다음과 같이 된다:
식 18은 모든 강력한 데몬도 양자 채널들을 조작 가능할 수도 있는 방식에서 제약된다는 것을 암시한다. 더욱이, 이러한 조작들은 검출을 회피하는 일관성을 유지하기 위해 네트워크 전체에 걸쳐 수행될 필요가 있을 것이다. 즉, 3-노드 네트워크에서, 두 개의 가외 정보는 시스템을 완전히 결정하기에 충분하다는 것이 인식된다. 예를 들어, 임의의 2개의 채널들이 대칭적이라는 것(예를 들어, 
및 
)을 알면, 위의 식들에서 정의된 알려진 관계들 중 적어도 하나를 파괴하지 않는 데몬에 의해 수행될 수 있는 임의의 수정들이 더 이상 존재하지 않으며, 따라서 네트워크 내의 시간 송신이 안전하다는 것을 보장한다.
노드들의 수가 증가함에 따라, 네트워크 내에서 정의될 수 있는 폐루프들의 수가 증가하고, 측정된 시간 차이들을 임의로 조작하는 데몬의 능력이 추가로 제한된다. 이 속성은 네트워크의 섹션들에 대한 이용가능한 물리적 정보와 결합되어 추가적인 정보가 로컬 섹션에만 관련된 경우에도 네트워크 전체에 걸쳐서 측정된 시간 차이들에 대한 신뢰 구간들을 확립하는 데 사용할 수 있다. 적절한 추가적인 정보의 예들은 다른 것들 중에서도 특히, 특정 채널/링크가 대칭적이라는 지식, 전파 시간들이 음일 수 없다는 지식, 및 사진 전파 속도들이 광의 속도보다 빠를 수 없다는 지식을 포함한다. 또한, 4개 이상의 노드들을 갖는 네트워크들에서 제약들에 대한 토폴로지 및 연결성 팩터들은, 이하에서 논의되는 바와 같다.
식들의 좌측에 미지수들이 있고, 우측에 알려진 값들(또는 측정가능한 양들)로 식들 8-13 을 다시 쓰면, 3-노드 네트워크에 대해 다음 식들이 성립된다:
양자 채널의 대응하는 
값이 0일 때 대칭으로 양자 채널을 정의하면, 각 노드 쌍 간의 대칭 관계는 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:
M 은 또한 4개의 블록 서브행렬들로 분할될 수도 있다:
식 29에서, 
는 
(6 x 6) 항등 행렬(identity matrix)이고, 
(즉, C 는 B 의 전치(transpose)) 이며, 
는 
(3 x 3) 제로 행렬이다. 따라서, M 은 다음과 같이 재표현될 수 있다:
M의 역은 A의 Schur 보수의 도움으로, 블록-와이즈 역(block-wise inversion)으로 계산될 수 있다.
특정 경우에서 값 
및 그 역 
을 인식하면, 식 31 은 다음과 같이 더 단순화될 수 있다:
식 28 에서 미지수 x 를 풀기 위해, 
에 M - 1 을 곱하여 다음과 같이 구한다:
다른 방식으로 쓰면:
식 34는 서브행렬 블록들을 따라 분할될 수 있다:
여러 알려진 값들을 삽입하면 다음과 같은 결과를 얻는다:
[식 37]
따라서, 클럭 시간 차이들에 대해:
위에서 사용된 대칭 관계들은 다른 제한들로 대체될 수도 있다. 다시 식들 8-13 을 참조하면, 3 노드들의 네트워크에 대해, 미지수들은 식들의 좌측에 그룹화되고 알려진 값들 (또는 측정가능한 양들) 은 우측에 있다:
대칭 관계들에 대해, 식 14는 마지막 폐쇄 관계에 대해 대체된다:
다시, 양자 채널은 그것의 대응하는 
값이 0일 때 대칭으로 정의된다. 
이 0 이 아닌 경우, 채널은 비대칭으로 간주된다. 이 특정 예에서, 치환 때문에, 
및 
의 관계에 대한 제한이 없고, 이는 노드들 A 및 C 를 연결하는 채널이 임의적으로 비대칭적일 수 있음을 의미한다. 식들의 시스템은 행렬 형태 
로 다시 쓸 수 있는데, 이 행렬은 다음과 같은 형식을 취한다:
M의 역을 식들 29-32 에서와 같이 단순화하는 것은 더 이상 가능하지 않지만, 
에서 A와 A 의 Schur 보수가 역을 갖는 한 솔루션이 존재한다는 것이 보장될 수 있다. 따라서 A 는 어떠한 루프 폐쇄 관계들이 대체되든 항상 동일성을 유지할 것이다. 이 시스템에 대한 A 의 Schur 보수는 다음과 같은 형식을 취한다:
[식 58]
식 58 은 역을 가지고 있으며, 잘 조정되어 있다.
이러한 루프 폐쇄 식들은 더 많은 수의 노드들을 갖는 네트워크들에 대해 확장될 수 있다. 일 예로서, 폐쇄 관계들의 구성은 다음과 같은 매트릭스 형식으로 일반화될 수 있다:
위에서 정의된 바와 같이, 각 
는 임의의 2개의 클럭들이 동일한 위치에서 함께 모이는 경우 시간 차이로서 정의된다. 3 노드 네트워크의 경우 순서는 규칙의 문제이다:
식들 60 - 62는 다음과 같이 행렬 형태로 배열될 수 있다:
행렬 
의 기저 루프(또는 사이클) 구조로 인해, 그 행렬은 랭크 
를 갖는다. 우측 
가 행렬 
의 열 공간에 존재하기 위해서는, 
값들에 부과되는 제약들의 세트가 존재할 것이다. 이들 제약들을 생성하기 위해, 증강 행렬 
이 형성되고, 이 행렬의 행들에 대한 선형 연산들은 기약 행 사다리꼴(reduced row echelon form)이 될 때까지 수행될 수 있다:
먼저 행 1 을 행 3 에 추가하여 선행 -1을 제거한다:
그런 다음 행 2 를 행 1 에 추가하여 두 번째 열에서 -1을 제거한다:
따라서, 식 66 은 
의 기약 행 사다리꼴, 즉, 
이다. 0만 있는 맨아래 행은 다음과 같이 해석될 수 있다:
좌측은 0으로 감소된다. 그런 다음, 이 시스템이 일관되게 유지되고 대응하는 솔루션을 갖기 위해, 따라서 상기 식 14와 매칭하면, 다음의 조건이 참이다:
즉, 시스템에 대한 이러한 특정 요건들 및 제한들의 인식은 3개의 노드들 모두에 걸친 양자-보안 시간 전송을 허용한다. 이러한 요건들의 구현은 도 2에 도시된 제어기들(220 및 230)과 같은 각각의 노드에서의 제어기에 의해 처리될 수 있다.
양자-보안 시간 전송의 이 방법은, 아래에서 설명될 바와 같이, 임의의 수의 노드들을 갖는 네트워크들로 추가로 확장될 수 있다. 3-노드의 경우 사소한 것이지만, 더 많은 수의 노드들에 대해, 루프 폐쇄 관계들은 전술한 바와 같은 절차적 생성 방법을 갖는 것으로부터 이익을 얻는다. 임의의 네트워크에 대해, 행렬 
은 임의의 2개의 네트워크 노드들 사이에 정의된 각각의 양자 채널에 대해 생성될 수도 있다. 증강 매트릭스 
가 형성되고 기약 행 사다리꼴 (rref) 로 다시 쓰여질 수 있다. 증강 행렬의 좌측 열들에 모두 0들을 포함하는 임의의 행들은 
의 값들에 대한 제약들을 제공할 것이다.
노드들 A 및 C 가 그들 사이에서 양자 채널을 공유하지 않는 도 4에 도시된 3-노드 네트워크(400)와 같은, 폐루프가 없는 네트워크의 경우, 연결 시스템을 표현하는 식에 대한 행렬들은, 위에서 정의된 바와 같이, t 와 
로 
로서 비교적 간단하다:
식 70에서 
에서 0들만의 행이 존재하지 않는다는 것을 알 수 있다. 즉, 이 시스템에는 자유 변수가 없다. 그 결과, 양자 채널의 전파 시간들의 양 방향들의 대칭성과 같은 다른 외부 제약들이 네트워크의 보안을 보장하기 위해 부과되어야 한다. 즉, 그래프 이론의 측면에서 제약들을 찾는 과정은 기저 네트워크의 그래프의 사이클 기초를 찾는 것으로 요약될 수 있다. 
의 값들에 대한 제약들은 이 그래프의 사이클 공간에서 기초를 형성하는 선형적으로 독립적인 단순 사이클들의 세트를 그리는 것으로부터 발생한다. 도 3에 도시된 네트워크에 대해, 사이클 기초는 삼각형 네트워크에서의 모든 노드들을 포함하는 벡터에 걸쳐 있을 것이고, 제약은, 사이클, 예를 들어, 
에서 노드들 사이의 
의 값들을 합산함으로써 생성될 수 있다. 도 4에 도시된 3-노드 네트워크의 경우, 기저 그래프에 사이클들이 없으므로, 대응하는 사이클 기초가 없으며 
값들에 대한 대응하는 제약들이 부과될 수 없다. 다항식 시간(polynomial time)에서 사이클 기초를 찾는 것과 같은 대안적인 방법이 이러한 네트워크의 기본 
제약 식들을 형성하는데 사용될 수 있다.
양자-보안 시간 전송의 구현을 도 5에 도시된 4-노드 네트워크(500)와 같은 4-노드 네트워크로 확장하면, 유사한 분석이 수행된다. 도 5에 도시된 네트워크 토폴로지에 대해, 링크들이 그들의 전파 시간들에서 대칭적이라는 명시적 보장이 없다고 이전과 같이 가정하면, 다양한 전파 시간들 사이의 관계들은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
각 노드 쌍 사이의 대칭 관계들은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
다시, 양자 채널은 그것의 대응하는 
값이 0일 때 대칭으로 정의된다. 
이 0 이 아닌 경우 채널은 비대칭이다. 일반적으로, 식들의 관련 시스템은 다음의 형태를 취한다:
이 솔루션은 상기 식들 35 및 36 과 동일한 형태를 취한다.
4-노드 네트워크(500)의 토폴로지에서, 경로 트래버싱(path traversing) 
으로서 정의되는, 링 주위에 하나의 루프만이 존재할 수 있다. 다시, 
의 값은 다음과 같이 표현될 수 있다:
식들 85 - 88 이 추가되어 하나의 루프 폐쇄 관계를 얻는다:
이러한 폐쇄 관계는 네트워크의 모든 노드들을 포함한다는 것에 유의한다. 대안적으로, 연결 시스템 
은 다음과 같이 고려될 수 있다:
증강 행렬 
은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
기약 행 사다리꼴 행렬 
은 그러면 다음과 같다:
식 92는 식 89와 
값들에 대해 동일한 제약들을 산출함에 유의한다. 그 후, 대칭 관계들 중 하나가 이 폐쇄 관계에 대해 대신 대체될 수 있고, 따라서 식 83에서의 C 및 D 서브행렬들을 다음과 같이 변형한다:
위의 고려사항들 및 요건들은 도 5에 도시된 모두 4개의 노드들에 걸쳐 양자-보안 시간 전송을 가능하게 하기 위해 노드들 A, B, C, 및 D 각각에서 구현될 수 있다.
분석은 4-노드 네트워크 내에 추가적인 양자 채널들을 추가하도록 더 확장될 수 있다. 도 6에 도시된 4-노드 네트워크(600)에서, 양자 채널이 노드들 A 및 C를 연결하기 위해 추가된다. 전과 같이, 링크들이 그들의 전파 시간들에서 대칭이라는 보장은 없다. 다양한 전파 시간들 사이의 관계들은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
각 노드 쌍 사이의 대칭 관계들은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
다시, 양자 채널은 그것의 대응하는 
값이 0일 때 대칭으로 정의된다. 
이 0 이 아닌 경우 채널은 비대칭이다. 일반적으로, 식들의 관련 시스템은 다음의 형태를 취한다:
이 경우 
는 
(즉, 10 x 10) 항등 행렬이고, 
, 즉, 
(즉, 5 x 10) 행렬은 
(즉, 10 x 5) 행렬의 전치 행렬이고, 
는 (
(즉, 5 x 5) 제로 행렬이다. 미지수와 우측의 벡터는 그러면 다음과 같이 표현할 수 있다:
노드들 A 와 C 사이에 추가적인 양자 채널이 있더라도, 새로운 양자 채널이 이미 확립된 다른 채널들과 독립적이기 때문에 행렬 M의 구조가 보존된다. 연결 시스템 
을 구성하면 다음과 같은 결과를 산출한다:
[식 111]
증강 행렬 
은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
기약 행 사다리꼴 행렬 
은 그러면 다음과 같다:
노드 A와 노드 B 사이의 새로운 양자 채널은 식 113의 하부 2개의 행들에서 볼 수 있는 바와 같이 추가적인 루프 폐쇄 관계들을 형성한다:
그 다음, 다른 서브행렬들 C 및 D 는 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
행렬 M 의 Schuler 보수는 역(inverse)을 가지며 잘 조정된 채로 유지된다:
따라서, 도 4의 4-노드 네트워크에 다른 연결을 추가하는 것은 시스템 대칭들 및 조건들을 정의하는 데 사용하기 위해 이용가능한 다른 루프 폐쇄 관계를 초래하였다. 본질적으로, 사이클(또는 사이클들)이 주어진 네트워크에 추가되면, 새로운 사이클이 현재 사이클 기초의 확장(span)에 있지 않으면 다른 폐쇄 방정식이 생성될 수 있다. n개의 노드들을 갖는 네트워크에 대해, 
채널 대칭 제약들이 여전히 네트워크에 부과된다. 이러한 조건은 도 6에 도시된 토폴로지에 존재하는 총 5개의 양자 채널로부터 감소를 초래한다는 것을 인식한다.
양자-보안 시간 전송 방법은 도 7에 도시된 최대 연결 네트워크로 더 확장될 수 있다. 전술한 바와 같이, 다른 양자 채널의 추가는 다른 루프 폐쇄 관계의 생성을 초래하고, 이 양자 채널은 대칭적으로 제한될 필요가 없다.
도 7에 도시된 바와 같이, 4-노드 네트워크(700)는 모든 가능한 쌍 조합들에서 4개의 노드들 사이의 양자 채널들을 포함한다. 이전과 같이, 다양한 전파 시간들 사이의 관계들은 다음과 같이 표현될 수 있다:
각 노드 쌍 사이의 대칭 관계들은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
다시, 양자 채널은 그것의 대응하는 
값이 0일 때 대칭으로 정의된다. 
이 0 이 아닌 경우 채널은 비대칭이다. 일반적으로, 식들의 관련 시스템은 다음의 형태를 취한다:
이 경우 
는 
(즉, 12 x 12) 항등 행렬이고, 
, 즉, 
(즉, 6 x 12) 행렬은 
(즉, 12 x 6) 행렬의 전치 행렬이고, 
는 
(즉, 6 x 6) 제로 행렬이다. 미지수와 우측의 벡터는 그러면 다음과 같이 표현할 수 있다:
이 경우 
식들은 다음과 같다:
연결 시스템은 
행렬 형식으로 쓰여진다:
조작 후, 기약 행 사다리꼴 행렬 
은 다음과 같다:
그 다음, 
의 증강된 기약 행 사다리꼴 형태의 하부 3개의 행들에 형성된 3개의 루프 폐쇄 관계들을 사용할 수 있다:
루프 폐쇄 관계들의 선형적으로 독립적인 세트를 찾기 위한 대안적인 방법은 그래프 이론(graph theory)을 사용하는 것이다. 예를 들어, NetworkX Python 라이브러리를 사용하여, 이 그래프의 사이클 기초가 계산될 수도 있다. 이 방법을 사용하여 기초 세트가 다음과 같이 정의될 수 있다:
루프 1 폐쇄 관계 
루프 2 폐쇄 관계 
루프 3 폐쇄 관계 
그런 다음 C 및 D 서브행렬들은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
A의 Schur 보체는 역(inverse)을 가지고 있으며 잘 조정되어 있다:
본 명세서에서, 네트워크에 추가되는 양자 채널들의 수에 관계없이, 
대칭 폐쇄 관계들이 제공될 필요가 있다는 것이 인식된다. 이들 관계들은, 예를 들어, 광 전파가 특정 양자 채널 내에서 상호적이도록 대칭 제약들의 형태로 제공될 수 있다. 이러한 관계가 정의되면, (자기 자신을 카운팅하지 않고) 2보다 더 높은 정도의 양자 채널 연결들을 갖고 그 채널이 대칭이라고 규정할 필요가 없는 노드들을 갖는 네트워크를 갖는 것이 가능하다.
다른 예로서, 5-노드 네트워크에서 양자-보안 시간 전송을 가능하게 하기 위한 요건들이 고려된다. 시간-전송 네트워크(800)의 예가 도 8에 도시된다. 이전과 같이, 다양한 전파 시간들 사이의 관계들은 다음과 같이 표현될 수 있다:
각 노드 쌍 사이의 대칭 관계들은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
전술한 바와 같이, 양자 채널은 그 대응하는 
값이 0일 때 대칭으로 정의된다. 
이 0 이 아닌 경우 채널은 비대칭이다. 일반적으로, 식들의 관련 시스템은 다음의 형태를 취한다:
이 경우
는 12 x 12 항등 행렬이고, 
는 
(12 x 6 행렬) 의 6 x 12 행렬 전치이고, 
는 
(즉, 6 x 6) 제로 행렬이다. 미지수들과 우측의 벡터는 그러면 다음과 같이 표현할 수 있다:
이 경우 
식들은 다음과 같다:
연결 시스템은 
행렬 형식으로 쓰여진다:
그리고 일반적인 루프 폐쇄 관계들은 
의 증강된 기약 행 사다리을 도출함으로써 발견될 수 있다. 이러한 방식으로, 요구되는 제약들을 계산하고 이들을 구현하는 본 방법은 네트워크 전체에 걸쳐 양자-보안 시간 전송을 위한 다중-모드 네트워크 시스템에서 사용하기 위해 확장가능하다.
상기 분석들에서, 주어진 네트워크 내의 노드들에서의 로컬 클럭들이 모두 동일한 주파수에서 실행되고, 노드들 사이의 전파 시간들이 시간에 따라 변하지 않도록 노드들이 서로에 대해 정적이라는 가정이 이루어졌다는 것에 유의한다. 동기화된 클럭들(즉, 모두 동일한 주파수에서 실행되는 클럭들)의 가정은 절대적인 의미에서 정당화되지 않을 가능성이 있지만, 클럭들은 일반적으로 잘 특성화되고 그들의 주파수들의 상대적 드리프트에 대한 엄격한 제한들이 획득될 수 있다. 예를 들어, 클럭 드리프트의 효과는, 상대적 드리프트가 너무 빠르면, 교차-상관 함수의 피크가 배경으로부터 검출하기 어려울 수도 있도록 교차-상관 함수의 피크를 덜 뚜렷하게 만드는 것이다. 그러나, 일부 주파수 드리프트가 있더라도, 피크가 위치가능한 경우, 얽힌 광자들의 쌍들이 여전히 식별될 수 있고, 클럭 드리프트의 정확한 트렌드가 모니터링될 수 있도록 성공적인 검출들 사이의 간격이 측정될 수 있다. 따라서, 안전한 방식으로 노드들 사이의 시간 전송을 달성하면서 클럭 동기화가 유지될 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 8 에 예시된 네트워크들은 정적인 것으로 가정되었지만, 위에서 논의된 방법은 비-정적 네트워크들에서 양자-보안 시간 전송으로 또한 확장될 수 있다. 예를 들어, 노드들의 상대적 모션은 전파 시간에서의 변화로부터 교차-상관 측정이 "스미어링(smeared)"되어 최대 교차-상관 값을 미세화하기 어려울 수도 있다는 점에서 드리프팅 클럭들과 유사한 효과를 초래할 수 있다. 그러나, 클럭 드리프트와 같이, 상대적 모션은, 그 상대적 모션이 노드들에서의 제어기들에 의해 또한 고려될 수 있도록, 연결된 노드들에서 연속적인 이벤트들 사이의 시간 간격들을 비교함으로써 측정될 수 있다.
원칙적으로 상대적 모션과 드리프팅 클럭들의 효과들을 구별하는 것이 어려울 수도 있지만, 본 명세서에서 논의되는 양자 클럭 동기화 네트워크의 특성들은 2개의 변수들의 효과들이 서로 구별되게 할 수 있다. 예를 들어, 2-노드 네트워크에서, 네트워크가 정적이면, 2개의 노드들 사이에서 이동하는 광자에 대한 라운드트립 시간은 광자가 노드 A로부터 노드 B로 이동하는 데 걸리는 시간을 광자가 노드 B로부터 노드 A로 이동하는 데 걸리는 시간과 단순히 가산함으로써 획득될 수 있다. 또한, 네트워크는 노드 B가 노드 A로부터 비롯되는 일부 광자들을 반사하게 함으로써 라운드트립 시간의 직접적인 측정을 허용한다. 따라서, 노드 A는 A에서의 로컬 클럭에 따라 광자의 라운드트립 시간을 직접 측정할 수 있다. 이러한 여러 측정들의 연결은 노드 A가 노드 B에 대해 얼마나 빠르게 이동하고 있는지에 관한 정보를 제공할 수 있고, 그 효과는 모션 및 드리프트 양자 모두로 인한 상대적인 클럭 드리프트를 획득하기 위해 다른 측정들로부터 감산될 수 있다.
전술한 내용은 본 발명을 예시하며, 이에 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 몇몇 예시적인 실시양태들이 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 신규한 교시들 및 이점들로부터 실질적으로 벗어나지 않고 예시적인 실시양태들에서 많은 수정들이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
따라서, 많은 상이한 실시양태들이 상기 설명 및 도면들로부터 유래한다. 이들 실시양태들의 모든 조합 및 하위조합을 문자 그대로 설명하고 예시하기 위해 과도하게 반복적이고 난독화될 것이라는 것이 이해될 것이다. 이와 같이, 도면들을 포함하는 본 명세서는 본 명세서에 설명된 실시양태들의 모든 조합들 및 하위조합들, 및 이들을 만들고 사용하는 방식 및 프로세스의 완전한 서면 설명을 구성하는 것으로 해석되어야 하고, 임의의 그러한 조합 또는 하위조합에 대한 청구항들을 지원할 것이다.
본 명세서에서, 본 발명의 실시양태들이 개시되었으며, 특정 용어들이 사용되지만, 이들은 포괄적이고 설명적인 의미로만 사용되며, 제한의 목적으로는 사용되지 않는다. 본 발명의 몇몇 예시적인 실시양태들이 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 신규한 교시들 및 이점들로부터 실질적으로 벗어나지 않고 예시적인 실시양태들에서 많은 수정들이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 모든 이러한 수정들은 청구항들에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 내용은 본 발명을 예시하며, 개시된 특정 실시양태들에 제한되는 것으로 해석되지 않으며, 개시된 실시양태들 뿐만 아니라 다른 실시양태들에 대한 수정들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 다음의 청구항들에 의해 정의되고, 청구항들의 균등물들이 여기에 포함된다.
Claims (7)
- 데몬 공격 검출을 갖는 양자 보안 시간 전송을 제공하기 위한 다중 노드 양자 통신 네트워크로서,
상기 네트워크는:
다음을 포함하는 제 1 노드:
제 1 로컬 클럭,
제 1 및 제 2 광자들을 포함하는 제 1 얽힌 광자 쌍을 제공하기 위한 제 1 광자 쌍 소스,
상기 제 1 로컬 클럭에서 제 1 로컬 시간 t1 에서 상기 제 1 광자를 캡처하기 위한 제 1 캡처 디바이스,
상기 제 2 광자를 상기 제 1 노드로부터 멀리 지향시키기 위한 제 1 커플링 메커니즘,
상기 제 1 노드의 외부로부터 광자들을 수신하기 위한 제 1 측정 디바이스, 및
적어도 상기 제 1 로컬 클럭, 상기 제 1 광자 쌍 소스, 상기 제 1 캡처 디바이스, 상기 제 1 커플링 메커니즘, 및 상기 제 1 측정 디바이스를 제어하기 위한 제 1 제어기;
다음을 포함하는 제 2 노드:
제 2 로컬 클럭,
제 3 및 제 4 광자들을 포함하는 제 2 얽힌 광자 쌍을 제공하기 위한 제 2 광자 쌍 소스,
상기 제 2 로컬 클럭에서 제 2 로컬 시간 t2 에서 상기 제 3 광자를 캡처하기 위한 제 2 캡처 디바이스,
상기 제 4 광자를 상기 제 2 노드로부터 멀리 지향시키기 위한 제 2 커플링 메커니즘,
상기 제 2 노드의 외부로부터 광자들을 수신하기 위한 제 2 측정 디바이스, 및
적어도 상기 제 2 로컬 클럭, 상기 제 2 광자 쌍 소스, 상기 제 2 캡처 디바이스, 상기 제 2 커플링 메커니즘, 및 상기 제 2 측정 디바이스를 제어하기 위한 제 2 제어기;
다음을 포함하는 제 3 노드:
제 3 로컬 클럭,
제 5 및 제 6 광자들을 포함하는 제 3 얽힌 광자 쌍을 제공하기 위한 제 3 광자 쌍 소스,
상기 제 3 로컬 클럭에서 제 3 로컬 시간 t3 에서 상기 제 5 광자를 캡처하기 위한 제 3 캡처 디바이스,
상기 제 6 광자를 상기 제 3 노드로부터 멀리 지향시키기 위한 제 3 커플링 메커니즘,
상기 제 3 노드의 외부로부터 광자들을 수신하기 위한 제 3 측정 디바이스, 및
적어도 상기 제 3 로컬 클럭, 상기 제 3 광자 쌍 소스, 상기 제 3 캡처 디바이스, 상기 제 3 커플링 메커니즘, 및 상기 제 3 측정 디바이스를 제어하기 위한 제 3 제어기;
상기 제 1 및 제 2 노드들을 통신가능하게 연결하는 제 1 인증된 통신 채널;
상기 제 2 및 제 3 노드들을 통신가능하게 연결하는 제 2 인증된 통신 채널; 및
상기 제 3 및 제 1 노드들을 통신가능하게 연결하는 제 3 인증된 통신 채널
을 포함하고,
상기 제 1, 제 2, 및 제 3 노드들 및 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 인증된 통신 채널들은 폐루프를 형성하고,
상기 제 1, 제 2, 및 제 3 제어기들은:
상기 제 1, 제 2, 및 제 3 로컬 시간들 사이의 차이들을 결정하도록,
상기 제 2 광자가 상기 제 1 노드로부터 상기 제 2 노드로 이동하기 위해,
상기 제 2 광자가 상기 제 1 노드로부터 상기 제 3 노드로 이동하기 위해,
상기 제 4 광자가 상기 제 2 노드로부터 상기 제 1 노드로 이동하기 위해,
상기 제 4 광자가 상기 제 2 노드로부터 상기 제 3 노드로 이동하기 위해,
상기 제 6 광자가 상기 제 3 노드로부터 상기 제 1 노드로 이동하기 위해, 그리고
상기 제 6 광자가 상기 제 3 노드로부터 상기 제 2 노드로 이동하기 위해
필요한 시간 지속기간들을 측정하도록, 그리고
존재하는 경우 데몬 공격을 탐지하기 위해, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 로컬 시간들과 측정된 상기 시간 지속기간들 사이의 차이들을 사용하도록
구성되는, 다중 노드 양자 통신 네트워크. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2, 및 제 3 제어기들은, 폐루프 조건이 만족되지 않는 경우 상기 데몬 공격을 검출하도록 추가로 구성되는, 다중 노드 양자 통신 네트워크. - 제 2 항에 있어서,
상기 폐루프 조건은로서 정의되고,
여기서,,
, 및
인, 다중 노드 양자 통신 네트워크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2, 및 제 3 광자 쌍 소스들은 편광-얽힘 광자 쌍들을 생성하도록 구성되는, 다중 노드 양자 통신 네트워크. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2, 및 제 3 로컬 시간들과 측정된 상기 시간 지속기간들 사이의 상기 차이들은 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 로컬 클럭들을 동기화하기 위해 사용되는, 다중 노드 양자 통신 네트워크. - 양자 보안 시간 전송을 제공하기 위한 다중 노드 양자 통신 네트워크에서 데몬 공격의 존재를 결정하기 위한 방법으로서,
상기 방법은:
상기 네트워크 내의 적어도 3개의 노드들에 의해 형성된 폐루프를 식별하는 단계;
상기 적어도 3개의 노드들의 로컬 클럭들 사이의 차이들을 결정하는 단계;
결정된 상기 차이들에 폐루프 조건을 부과하는 단계; 및
상기 폐루프 조건이 결정된 상기 차이들에 의해 만족되지 않는 경우, 상기 데몬 공격의 존재를 검출하는 단계를 포함하는, 다중 노드 양자 통신 네트워크에서 데몬 공격의 존재를 결정하기 위한 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 폐루프 조건을 부과하는 단계는, 상기 적어도 3개의 노드들의 각각의 노드에서,
제 1 광자 및 상기 제 1 광자와 얽힌 제 2 광자를 포함하는 얽힌 광자 쌍을 생성하는 단계,
상기 적어도 3개의 노드들 중 하나의 노드에 대해 로컬 시간에서 상기 제 1 광자를 캡처하는 단계,
상기 제 2 광자가 상기 적어도 3개의 노드들 중의 상기 하나의 노드로부터 상기 적어도 3개의 노드들 중의 다른 하나의 노드로 이동하기 위한 이동 시간을 측정하는 단계,
상기 적어도 3개의 노드들 중의 상기 하나의 노드로부터 상기 적어도 3개의 노드들 중의 다른 하나의 노드로의 로컬 시간에서의 차이를 계산하는 단계, 및
상기 적어도 3개의 노드들의 각각의 노드에서의 상기 로컬 클럭이 상기 적어도 3개의 노드들 중의 다른 하나의 노드와 동기화되는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 다중 노드 양자 통신 네트워크에서 데몬 공격의 존재를 결정하기 위한 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202063039363P | 2020-06-15 | 2020-06-15 | |
| US63/039,363 | 2020-06-15 | ||
| PCT/US2021/037497 WO2021257615A1 (en) | 2020-06-15 | 2021-06-15 | Quantum secure network clock synchronization |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230028377A true KR20230028377A (ko) | 2023-02-28 |
Family
ID=78826125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237001306A KR20230028377A (ko) | 2020-06-15 | 2021-06-15 | 양자 보안 네트워크 클럭 동기화 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US11575456B2 (ko) |
| EP (1) | EP4150538A4 (ko) |
| JP (1) | JP2023531888A (ko) |
| KR (1) | KR20230028377A (ko) |
| WO (1) | WO2021257615A1 (ko) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109547145B (zh) * | 2018-12-31 | 2024-05-10 | 广东尤科泊得科技发展有限公司 | 基于偏振纠缠ghz态的二分迭代时钟同步系统和方法 |
| WO2024085788A1 (en) * | 2022-10-17 | 2024-04-25 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Methods and apparatus for determining an offset for time synchronization in a communication network |
| US11934523B1 (en) * | 2022-12-01 | 2024-03-19 | Flexxon Pte. Ltd. | System and method for securing data files |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7286444B1 (en) | 2003-08-26 | 2007-10-23 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method and system for synchronizing separated clocks |
| US7684015B2 (en) | 2004-03-15 | 2010-03-23 | University Of Maryland, Baltimore County | System and method for clock synchronization and position determination using entangled photon pairs |
| US7525712B2 (en) | 2005-09-29 | 2009-04-28 | Teledyne Scientific & Imaging, Llc | Broad spectral range polarization rotator |
| WO2013112351A2 (en) | 2012-01-23 | 2013-08-01 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Systems and methods for telecommunication using high-dimensional temporal quantum key distribution |
| US10110369B2 (en) | 2016-05-02 | 2018-10-23 | Ut-Battelle, Llc | Quantum-authenticated clock signal |
| GB2559801B (en) | 2017-02-20 | 2021-04-28 | Toshiba Kk | An optical quantum communication system |
| US10389514B2 (en) | 2017-04-06 | 2019-08-20 | Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce | Optical time distributor and process for optical two-way time-frequency transfer |
| US10680807B2 (en) * | 2017-05-30 | 2020-06-09 | Ut-Battelle Llc | Quantum self-authenticating timing system |
| US11251952B2 (en) * | 2018-09-12 | 2022-02-15 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Quantum secure clock synchronization based on time-energy and polarization entangled photon pairs |
| US10623173B1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-04-14 | Tick Tock Networks, Inc. | Clock syntonization using network effect and/or adaptive stochastic control |
| WO2021067631A1 (en) * | 2019-10-02 | 2021-04-08 | The Research Foundation For The State University Of New York | Quantum network devices, systems, and methods |
-
2021
- 2021-06-15 WO PCT/US2021/037497 patent/WO2021257615A1/en unknown
- 2021-06-15 KR KR1020237001306A patent/KR20230028377A/ko active Search and Examination
- 2021-06-15 US US17/348,585 patent/US11575456B2/en active Active
- 2021-06-15 EP EP21826125.3A patent/EP4150538A4/en active Pending
- 2021-06-15 JP JP2022577104A patent/JP2023531888A/ja active Pending
-
2023
- 2023-02-06 US US18/106,045 patent/US20230379073A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023531888A (ja) | 2023-07-26 |
| EP4150538A1 (en) | 2023-03-22 |
| EP4150538A4 (en) | 2023-11-15 |
| US20210391939A1 (en) | 2021-12-16 |
| US11575456B2 (en) | 2023-02-07 |
| US20230379073A1 (en) | 2023-11-23 |
| WO2021257615A1 (en) | 2021-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20230028377A (ko) | 양자 보안 네트워크 클럭 동기화 | |
| JP5492255B2 (ja) | 量子通信システム | |
| US10079676B2 (en) | Optical cryptography systems and methods | |
| Mailloux et al. | A modeling framework for studying quantum key distribution system implementation nonidealities | |
| CN107566041B (zh) | 基于Sagnac环的QKD城域网系统及其密钥分发法 | |
| US20220004075A1 (en) | Raster multiplexing in photonic circuits | |
| CN206364813U (zh) | 一种pp结构的测量设备无关量子密钥分发系统 | |
| US20090046857A1 (en) | Quantum cryptography transmission system and optical device | |
| US10332022B2 (en) | System for generation of groups of entangled particles for interaction with communication point devices | |
| Lavie et al. | Improved coherent one-way quantum key distribution for high-loss channels | |
| WO2022087295A1 (en) | De bruijn switch | |
| CN117375833A (zh) | 一种基于芯片光梳的发送端全片上tf-qkd系统 | |
| US20240340091A1 (en) | Encoder, decoder, systems and methods for d-dimensional frequency-encoded quantum communication and information processing | |
| EP4409475A1 (en) | Bell state generator for temporally-encoded qubits | |
| Dasari et al. | Demonstration of provably secure quantum key distribution (QKD) | |
| Życzkowski et al. | Optical fiber sensors as the primary element in the protection of critical infrastructure especially in optoelectronic transmission lines | |
| Ruggeri | Quantum Key Distribution in softwarised networks | |
| Pljonkin | Synchronization Safety Problem in Quantum Key Distribution System | |
| Li et al. | Secure Combination of Untrusted Time information Based on Optimized Dempster-Shafer Theory | |
| JP2024075947A (ja) | 量子鍵配送システム及び量子鍵配送方法 | |
| Xu et al. | Integrated distributed sensing and quantum communication networks | |
| Martınez | Real world quantum cryptography | |
| JP2006179982A (ja) | 量子暗号通信装置および量子暗号通信装置を用いた秘密鍵生成方法 | |
| Auletta | Entanglement, Information, Causality | |
| Faraj et al. | Development of New Secure Optical Network Models Based on Quantum Cryptography |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |