Światłowody potrzebują nowych zabezpieczeń w erze komputerów kwantowych

 

Generator stanów splątanych, który powstaje w Wojskowej Akademii Technicznej, to polski wkład w prace nad nową, bezpieczną komunikacją kwantową, opartą na zjawisku splątania fotonów. Dzięki tej metodzie, nie będzie można „podsłuchać” informacji biegnącej światłowodem bez natychmiastowej „wpadki na gorącym uczynku”.

Obecnie światłowody są bezpieczne. Jednak będzie tak do czasu, aż powstanie komputer kwantowy i w kilka godzin odkoduje klucze szyfrujące, wykonując obliczenia, które teraz zajęłyby urządzeniom całe lata. Dlatego naukowcy już pracują nad przyszłymi formami szybkiego i bezpiecznego przesyłania danych. Gdyby światłowody nie zostały zawczasu zabezpieczone, w dobie komputerów kwantowych łatwo byłoby przejąć informacje bankowe, poznać transakcje giełdowe, przechwycić komunikację polityczną czy poufne rozkazy wojskowe.

Biorąc pod uwagę że takie wrogie przejęcie danych może wyłączyć np. elektrownie i pozbawić nas podstawowych zasobów bytowych, całe państwo może czuć zagrożenie. Tym ważniejsze są zadania dla nas, naukowców rozwijających prace nad komunikacją kwantową – mówi ppłk dr inż. Marek Życzkowski z Instytutu Optoelektroniki WAT.

Optoelektronicy wraz z chemikami z WAT zamierzają zabezpieczyć przepływ danych w światłowodach budując „generator stanów splątanych” oraz „narodowy mechanizm wymiany kwantowego klucza kodowego”. Aby zrozumieć, co dokładnie robią, należy zacząć od wyjaśnienia, że rozwiązaniem problemu jest komunikacja kwantowa. Matematycznie dowiedziono, że będzie ona możliwa. A jeśli ktoś nas podsłucha – urządzenia natychmiast to zauważą.

„Komunikacja kwantowa” będzie wykorzystywać kwanty światła, które posiadają bardzo szczególną właściwość – stan splątania. Splątanie sprawia, że każdy z pary fotonów zachowuje się identycznie, niezależnie od tego, jaka odległość je dzieli.

Generator stanów splątanych umożliwi opracowanie takich fotonów. Hipotetycznie można wysłać jeden z pary splątanych fotonów na Księżyc, a drugi do sąsiada z osiedla. Jeżeli sąsiad zmieni stan swojego fotonu, to w tym samym momencie foton na Księżycu również zmieni swój stan na identyczny. Jeżeli pierwszy stan uznamy za jedynkę, a drugi za bitowe zero, to możemy kluczować informację manipulując kolejnymi fotonami splątanymi – tłumaczy ppłk Marek Życzkowski.

Bezpieczeństwo takiej transmisji opiera się na podstawowych prawach fizyki. Jeśli podsłuchujący odczyta stan fotonu odbiorcy, natychmiast zaburzy jego ustalony stan. Fakt takiej zmiany widzi natychmiast zarówno nadawca jak i odbiorca. Atak na kanał telekomunikacyjny można będzie wychwycić prostymi operacjami optycznymi.

Naukowcy na całym świecie pracują nad uzyskiwaniem par splątanych fotonów. Istnieją już pierwsze generatory stanów splątanych, ale bazują na trudnych w użytkowaniu technologiach. Wymagają bowiem chłodzenia do bardzo niskich temperatur i próżni do transportu fotonów. – Nasz generator będzie pracował w temperaturze pokojowej. Jednocześnie wygenerowaną parę fotonów splątanych będzie można wprowadzić do zwykłego światłowodu telekomunikacyjnego – deklaruje szef zespołu naukowego z Instytutu Optoelektroniki.

Przełomowe technologie pozwolą zabezpieczyć wymianę danych w światłowodach, a także standardową komunikację, która będzie szyfrowana kluczem przekazywanym kwantowo. Jednorazowy kod będzie zbiorem o niepowtarzalnych i przypadkowych sekwencjach znaków.

 

Źródło: WAT – Karolina Duszczyk

Authors

Related posts

Góra
English