Οι Κινέζοι ερευνητές έχουν φέρει επανάσταση στην κβαντική κρυπτογράφηση, παρουσιάζοντας έναν πρωτοποριακό τρόπο για την ασφαλή αποστολή πληροφοριών σε απόσταση άνω των 100 χιλιομέτρων οπτικής ίνας, χωρίς να είναι απαραίτητη η εμπιστοσύνη στον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό.
Μια ομάδα υπό την καθοδήγηση του Pan Jianwei στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας, χρησιμοποίησε ένα ζεύγος ατόμων ρουβιδίου, παγιδευμένα σε δέσμες λέιζερ σε δύο διαφορετικούς κόμβους του δικτύου, ως τη βάση του συστήματός τους. Οι ερευνητές δημιούργησαν κβαντικούς συνδέσμους μεταξύ των ατόμων μέσω μεμονωμένων σωματιδίων φωτός, ή φωτονίων. Συγκρίνοντας τις καταστάσεις των ατόμων σε κάθε άκρο, η ομάδα δημιούργησε πανομοιότυπες ακολουθίες από 0 και 1 – ένα κοινό μυστικό κλειδί κρυπτογράφησης.
Αυτό που κάνει το πείραμα να ξεχωρίζει είναι η προσέγγιση, γνωστή ως ανεξάρτητη από τη συσκευή κβαντική διανομή κλειδιού (DI-QKD), η οποία θα λειτουργούσε με ασφάλεια ακόμη και αν οι συσκευές ήταν ελαττωματικές ή είχαν παραβιαστεί. Η μέθοδος αντλεί την ασφάλειά της από την κβαντομηχανική συμπεριφορά των διεμπλεγμένων ατόμων, προστατεύοντας από τις πραγματικές ευπάθειες που έχουν αποτελέσει πρόκληση για τα συστήματα κβαντικής επικοινωνίας εδώ και καιρό.
Το DI-QKD είχε προηγουμένως επιδειχθεί μόνο σε μικρές αποστάσεις στο εργαστήριο, σημείωσαν οι ερευνητές, προσθέτοντας ότι η μελέτη τους βοήθησε να «γεφυρωθεί το χάσμα μεταξύ των πειραμάτων απόδειξης αρχής και των πραγματικών εφαρμογών». Ο κβαντικός φυσικός Steve Rolston από το Πανεπιστήμιο του Maryland, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη, χαρακτήρισε το αποτέλεσμα «μια μεγάλη αύξηση» σε σχέση με το προηγούμενο ρεκόρ της ερευνητικής ομάδας των 220 μέτρων.
Ωστόσο, προειδοποίησε ότι το σύστημα απέχει ακόμα πολύ από την πρακτική χρήση, σημειώνοντας, για παράδειγμα, ότι παρήγαγε λιγότερο από ένα bit ασφαλούς κλειδιού ανά 10 δευτερόλεπτα – «απαράδεκτα μικρό» σε σύγκριση με τα δισεκατομμύρια bits ανά δευτερόλεπτο που διαχειρίζεται το τυπικό δίκτυο οπτικών ινών. Ο Rolston τόνισε επίσης ότι η δοκιμή χρησιμοποίησε τυλιγμένη ίνα σε εργαστηριακές συνθήκες – πολύ μακριά από το ασταθές, θορυβώδες περιβάλλον των πραγματικών τηλεπικοινωνιακών δικτύων, όπου οι διακυμάνσεις θερμοκρασίας και οι δονήσεις θα μπορούσαν εύκολα να διαταράξουν τον ευαίσθητο κβαντικό σύνδεσμο.
Σε αντίθεση με τη συμβατική κρυπτογράφηση, η οποία βασίζεται σε δύσκολα μαθηματικά προβλήματα που θα μπορούσαν να επιλυθούν από μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές, η κβαντική διανομή κλειδιού (QKD) χρησιμοποιεί τους νόμους της κβαντικής φυσικής για τη δημιουργία κλειδιών που είναι εξαιρετικά δύσκολο να υποκλαπούν ή να αντιγραφούν χωρίς ανίχνευση. Το QKD εμφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1990, χρησιμοποιώντας απευθείας συνδέσεις μεταξύ χρηστών. Το 2016, η ομάδα του Pan δημιούργησε ένα δίκτυο 2.000 χιλιομέτρων μεταξύ του Πεκίνου και της Σαγκάης, χρησιμοποιώντας σταθμούς αναμετάδοσης ανά 100 χιλιόμετρα. Ωστόσο, αυτές οι αναμεταδόσεις οι ίδιες έπρεπε να είναι αξιόπιστες, δημιουργώντας έναν κίνδυνο ασφάλειας.
Η νέα ανεξάρτητη από τη συσκευή προσέγγιση εξαλείφει την ανάγκη για αναμεταδόσεις. Αντ’ αυτού, χρησιμοποιεί ένα μόνο ζεύγος διεμπλεγμένων σωματιδίων και ένα στατιστικό τεστ για να επιβεβαιώσει ότι ο σύνδεσμος είναι γνήσιος, ακόμη και αν ο εξοπλισμός είναι ελαττωματικός ή κακόβουλος. Ομάδες στην Κίνα, την Ευρώπη και τις ΗΠΑ δοκιμάζουν αυτή τη μέθοδο εδώ και πάνω από μια δεκαετία. Η φυσική έχει αποδειχθεί εδώ και καιρό, αλλά οι χαμηλοί ρυθμοί κλειδιού και οι εύθραυστες απαιτήσεις την καθιστούσαν μη πρακτική πέραν των λίγων εκατοντάδων μέτρων – μέχρι τώρα.
Ο Rolston ανέφερε ότι, ενώ η Κίνα φαίνεται να έχει θέσει την κβαντική επικοινωνία ως εθνική προτεραιότητα, οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν υιοθετήσει μια πολύ πιο συγκρατημένη στάση. Η Υπηρεσία Εθνικής Ασφάλειας (NSA) έχει αποθαρρύνει ανοιχτά την ομοσπονδιακή χρηματοδότηση για QKD και κβαντική κρυπτογραφία, επικαλούμενη τεχνικούς περιορισμούς που περιλαμβάνουν προκλήσεις υποδομής, υψηλό κόστος και κακή κλιμάκωση. Στην ιστοσελίδα της, η NSA προειδοποιεί ότι οι ανάγκες επικοινωνίας και οι στόχοι ασφάλειας μπορεί να συγκρούονται στα συστήματα QKD, τα οποία θα μπορούσαν να υπονομευθούν από μικρά τεχνικά ελαττώματα. Ο οργανισμός υποστηρίζει ότι η ασφάλεια σε αυτά τα συστήματα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το πόσο καλά είναι κατασκευασμένα – όχι από τους «νόμους της φυσικής», όπως ισχυρίζονται ορισμένοι.
Η NSA ευνοεί την κρυπτογραφία μετά-κβαντικής εποχής – μια κατηγορία συμβατικών αλγορίθμων σχεδιασμένων να αντέχουν επιθέσεις από κβαντικούς υπολογιστές, οι οποίοι είναι φθηνότεροι και ευκολότεροι στην ανάπτυξη σε μεγάλη κλίμακα. «Η NSA δεν υποστηρίζει τη χρήση QKD ή QC για την προστασία επικοινωνιών σε συστήματα εθνικής ασφάλειας και δεν αναμένει να πιστοποιήσει ή να εγκρίνει προϊόντα ασφαλείας QKD ή QC για χρήση… εκτός εάν αυτοί οι περιορισμοί ξεπεραστούν», ανέφερε.
