Chiny niedawno wprowadzony na rynek satelitę na orbitę z unikalną cechą: ma możliwość bezpiecznego przesyłania informacji, nie za pomocą szyfrowania matematycznego, ale z wykorzystaniem podstawowych praw fizyki. Chiny będą pierwszym krajem, który dokona tego wyczynu i będzie to kamień milowy w rozwoju technologii kwantowych.

Połączenia następna rewolucja w technologii obiecuje objąć podstawowe prawa fizyki, aby umożliwić urządzeniom wykonywanie operacji wykraczających poza granice obecnej elektroniki. Potencjał komputerów kwantowych do radzenia sobie z niektórymi z większości złożone problemy matematyczne jest bardzo ekscytujące. Ale bezpieczeństwo informacji zapewniane przez komunikację kwantową może być równie ważne.

Nasze społeczeństwo w dużym stopniu polega na komunikacji cyfrowej. W ciągu ostatnich trzech lat wysłaliśmy więcej informacji przez Internet niż przekazywano w całej historii ludzkości przed tym okresem. Duża część tych danych jest poufna i często chcemy ukryć ją przed wścibskimi oczami. Ale jak możemy ufać komunikacji przez Internet, skoro opiera się ona na danych przemieszczających się w dół łańcuchów potencjalnie nieznanych komputerów? Zajęcie miejsca w jednym z tych łańcuchów i podglądanie przepływających danych wydaje się zbyt łatwe.

Obecnym rozwiązaniem tego wyzwania komunikacyjnego jest użycie złożonej matematyki w serii algorytmów znanych jako kryptografia klucza publicznego. Ale rosnąca moc komputerów i pomysłowość hakerów otwiera coraz więcej pęknięć w tej matematycznej zbroi. Idealnym rozwiązaniem tego problemu byłoby zapewnienie dającego się udowodnić bezpieczeństwa informacji, gwarantującego bezpieczeństwo naszych danych osobowych. I tu wkracza fizyka kwantowa.

Technologia laserowa

Technologia na pokładzie nowego chińskiego satelity jest prosty w konstrukcji i niemal magiczny w działaniu. Specjalny kryształ dzieli laser na dwie wiązki, które są następnie kierowane do niezależnych stacji odbiorczych na Ziemi. Wiązki te mają wspólną właściwość mechaniki kwantowej znaną jako splątanie, która łączy je ze sobą, nawet jeśli są daleko od siebie. Czynności wykonane na jednej wiązce będą miały również wpływ na drugą wiązkę.

Sztuczka zabezpieczająca komunikację polega na tym dziwnym związku między dwiema wiązkami. Łącze służy do przesyłania losowych danych z jednej stacji odbiorczej do drugiej. Dane te można gromadzić i wykorzystywać, zasadniczo jako złożone hasło, do szyfrowania danych przesyłanych kanałem publicznym, takim jak Internet. Ta metoda komunikacji została wynaleziona przez słynnego fizyka kwantowego, Artura Ekerta. Co najważniejsze, jest okazał się bezpieczny przed podsłuchiwaniem i hakowaniem. Fizyki kwantowej nie można oszukać, oszukać ani poddać inżynierii wstecznej, w przeciwieństwie do złożonej matematyki konwencjonalnej kryptografii.

Nowy chiński satelita to ważny krok w kierunku prawdziwie bezpiecznej komunikacji, ponieważ umożliwia przesyłanie danych kwantowych na ekstremalne odległości między dowolnymi dwoma lokalizacjami. W tej chwili, z jednym satelitą, możliwości tej technologii są ograniczone, ale łatwo jest zobaczyć, jak będzie się skalować w miarę wystrzeliwania większej liczby satelitów i poprawy wydajności.

Kolejny ważny element tej układanki znajduje się na przeciwległym końcu skali długości. Większość komunikacji przepływa wzdłuż łańcuchów, a siła łańcucha jest tak dobra, jak jego najsłabsze ogniwo. Do praktycznej komunikacji kwantowej potrzebujemy urządzeń zintegrowanych z naszymi komputerami i smartfonami, które wymieniają dane w sposób podobny do satelity kwantowego. Te urządzenia są na szczęście tuż za rogiem. Za kilka lat możemy spojrzeć wstecz na cyfrowe podsłuchiwanie i masowe naruszenia informacji z baz danych jako problem zakopany w przeszłości.

O autorze

Robert Young, czytelnik Quantum Information, Lancaster University

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki:

at Rynek wewnętrzny i Amazon