Μετατρέποντας τα δεδομένα σε σωματίδια φωτός και διακτινίζοντάς τα σε όλο τον κόσμο με τη χρήση δορυφόρων, θα μπορούσαμε να αποτρέψουμε την υποκλοπή κρυπτογραφημένων μηνυμάτων από έναν υπερδύναμο κβαντικό υπολογιστή, υποστηρίζουν οι επιστήμονες.
Επί του παρόντος, η τεχνολογία ανταλλαγής μηνυμάτων βασίζεται σε μαθηματικές ή κρυπτογραφικές μεθόδους προστασίας, συμπεριλαμβανομένης της κρυπτογράφησης από άκρο σε άκρο. Η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται στο WhatsApp – καθώς και από εταιρείες, την κυβέρνηση και τον στρατό – για την προστασία ευαίσθητων δεδομένων από υποκλοπές.
Η κρυπτογράφηση λειτουργεί με την παραποίηση δεδομένων ή κειμένου σε κάτι που φαίνεται να είναι ανοησία, χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο και ένα κλειδί που μόνο ο αποστολέας και ο παραλήπτης μπορούν να χρησιμοποιήσουν για να ξεκλειδώσουν τα δεδομένα. Αυτοί οι αλγόριθμοι μπορούν, θεωρητικά, να σπάσουν. Αλλά έχουν σχεδιαστεί να είναι τόσο πολύπλοκοι ώστε ακόμη και οι ταχύτεροι υπερυπολογιστές θα χρειάζονταν εκατομμύρια χρόνια για να μεταφράσουν τα δεδομένα σε κάτι αναγνώσιμο.
Οι κβαντικοί υπολογιστές αλλάζουν την εξίσωση. Αν και ο τομέας είναι νέος, οι επιστήμονες προβλέπουν ότι οι μηχανές αυτές θα είναι αρκετά ισχυρές ώστε να σπάσουν εύκολα τους αλγόριθμους κρυπτογράφησης κάποια μέρα. Αυτό συμβαίνει επειδή μπορούν να επεξεργάζονται εκθετικά μεγαλύτερους υπολογισμούς παράλληλα (ανάλογα με το πόσα qubits χρησιμοποιούν), ενώ οι κλασικοί υπολογιστές μπορούν να επεξεργάζονται υπολογισμούς μόνο διαδοχικά.
Φοβούμενοι ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα καταστήσουν κάποτε την κρυπτογράφηση παρωχημένη, οι επιστήμονες προτείνουν νέες τεχνολογίες για την προστασία των ευαίσθητων επικοινωνιών. Ένας τομέας, γνωστός ως “κβαντική κρυπτογραφία”, περιλαμβάνει την κατασκευή συστημάτων που μπορούν να προστατεύσουν τα δεδομένα από κβαντικούς υπολογιστές που νικούν την κρυπτογράφηση.
Σε αντίθεση με την κλασική κρυπτογραφία, η οποία βασίζεται σε αλγορίθμους για την κρυπτογράφηση των δεδομένων και την ασφάλειά τους, η κβαντική κρυπτογραφία θα είναι ασφαλής χάρη στις περίεργες ιδιορρυθμίες της κβαντικής μηχανικής, σύμφωνα με την IBM.
Για παράδειγμα, σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε στις 21 Ιανουαρίου στο περιοδικό Advanced Quantum Technologies, οι επιστήμονες περιγράφουν μια αποστολή με την ονομασία “Quick3”, η οποία χρησιμοποιεί φωτόνια – σωματίδια του φωτός – για τη μετάδοση δεδομένων μέσω ενός τεράστιου δορυφορικού δικτύου. “Η ασφάλεια θα βασίζεται στις πληροφορίες που θα κωδικοποιούνται σε μεμονωμένα σωματίδια φωτός και στη συνέχεια θα μεταδίδονται”, δήλωσε ο Tobias Vogl, καθηγητής κβαντικής μηχανικής συστημάτων επικοινωνίας στο TUM και συν-συγγραφέας της δημοσίευσης. “Οι νόμοι της φυσικής δεν επιτρέπουν την εξαγωγή ή την αντιγραφή αυτών των πληροφοριών”.
Αυτό συμβαίνει επειδή η ίδια η πράξη της μέτρησης ενός κβαντικού συστήματος αλλάζει την κατάστασή του.
“Όταν η πληροφορία υποκλέπτεται, τα σωματίδια του φωτός αλλάζουν τα χαρακτηριστικά τους”, πρόσθεσε. “Επειδή μπορούμε να μετρήσουμε αυτές τις αλλαγές κατάστασης, οποιαδήποτε προσπάθεια υποκλοπής των μεταδιδόμενων δεδομένων θα αναγνωριστεί αμέσως, ανεξάρτητα από τις μελλοντικές εξελίξεις στην τεχνολογία”.
Η πρόκληση με την παραδοσιακή κβαντική κρυπτογραφία με βάση τη Γη, ωστόσο, έγκειται στη μετάδοση δεδομένων σε μεγάλες αποστάσεις, με μέγιστη εμβέλεια μόλις μερικές εκατοντάδες μίλια, ανέφεραν οι επιστήμονες του TUM στην ανακοίνωση. Αυτό συμβαίνει επειδή το φως τείνει να διασκορπίζεται καθώς ταξιδεύει και δεν υπάρχει εύκολος τρόπος να αντιγραφούν ή να ενισχυθούν αυτά τα φωτεινά σήματα μέσω καλωδίων οπτικών ινών.
Οι επιστήμονες έχουν επίσης πειραματιστεί με την αποθήκευση κλειδιών κρυπτογράφησης σε διεμπλεκόμενα σωματίδια – που σημαίνει ότι τα δεδομένα μοιράζονται εγγενώς μεταξύ δύο σωματιδίων στο χώρο και το χρόνο, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκονται μεταξύ τους. Ένα πρόγραμμα το 2020, για παράδειγμα, επέδειξε “κβαντική διανομή κλειδιών” (QKD) μεταξύ δύο επίγειων σταθμών που απέχουν μεταξύ τους 700 μίλια (1.120 χλμ.).
Όταν πρόκειται για τη μετάδοση φωτονίων, ωστόσο, σε υψόμετρο μεγαλύτερο των 10 χιλιομέτρων (6 μιλίων), η ατμόσφαιρα είναι τόσο λεπτή που το φως δεν σκεδάζεται ή απορροφάται, οπότε τα σήματα μπορούν να επεκταθούν σε μεγαλύτερες αποστάσεις.
Το σύστημα Quick3 θα περιλαμβάνει ολόκληρο το σύστημα για τη μετάδοση δεδομένων με αυτόν τον τρόπο, συμπεριλαμβανομένων των εξαρτημάτων που απαιτούνται για την κατασκευή των δορυφόρων. Η ομάδα έχει ήδη δοκιμάσει κάθε εξάρτημα στη Γη. Το επόμενο βήμα θα είναι να δοκιμαστεί το σύστημα στο διάστημα, με μια εκτόξευση δορυφόρου που έχει προγραμματιστεί για το 2025.
Θα χρειαστούν πιθανότατα εκατοντάδες ή ίσως και χιλιάδες δορυφόροι για ένα πλήρως λειτουργικό σύστημα κβαντικών επικοινωνιών, δήλωσε η ομάδα.