One of the biggest threats to our digital world is the vulnerability of electronic communications and security gaps. Hackers are coming up with ways to steal our identities, funds and private data.
Kryptografia pozwala nam na bezpieczną wymianę informacji na duże odległości, zabezpieczając je przed nieuprawnionym dostępem. Większość nowoczesnych metod kryptograficznych opiera się na dobrze znanych problemach matematycznych takich jak faktoryzacja, które są trudne do rozwiązania przez klasyczne superkomputery. Możliwość pojawienia się w przyszłości komputerów kwantowych odpornych na błędy i szumy wymaga od nas ponownego przeanalizowania sposobu, w jaki zabezpieczamy nasze systemy informatyczne.
W ogólnym ujęciu komunikacja kwantowa polega na:
Kodowaniu i przesyłaniu wiadomości wykorzystując różne konfiguracje cząstek subatomowych i ich parametry fizyczne. W pełnej konfiguracji komunikacji kwantowej przesyłamy kubity zamiast klasycznych bitów. Aktualnie w metodach komunikacji tego typu wykorzystuje się transmisję fotonów i ich zakodowanych stanów kwantowych.
Takie podejście, oparte na koncepcji komunikacji kwantowej, wprowadza nowe możliwości w zakresie komunikacji oraz umożliwia przesyłanie kubitów pomiędzy elementami infrastruktury obliczeń kwantowych, co pozwala na skalowanie takich systemów.
Realizacja koncepcji komunikacji kwantowej
Między innymi kluczowych metod efektywnego generowania par splątanych fotonów oraz ich dystrybucji na większe odległości co wymaga opracowania tzw. regeneratorów kwantowych.
Kluczowym elementem takiego regeneratora jest tzw. pamięć kwantowa. Komunikacja kwantowa oferuje potencjalnie wiele nowych aplikacji, ale jednym z głównych i pierwszych proponowanych takich zastosowań jest wspomniana bezpieczna transmisja danych gdzie wykorzystując zasady badane przez mechanikę kwantową oferujemy integralność przesyłanego sygnału, danych i usług. Jedną z proponowanych takich metod jest tzw. kwantowa dystrybucja klucza.
Głównym zadaniem QKD jest stworzenie współdzielonego tajnego klucza pomiędzy dwoma stronami, który jest doskonale zabezpieczony. W najprostszej wersji jedna strona wysyła kubity w określonych stanach kwantowych do drugiej strony, która je obserwuje lub mierzy. Osoba próbująca podsłuchać musi również dokonać pomiaru tych kubitów, co jak wiemy pozostawia wykrywalny ślad. Wynika to z zasad mechaniki kwantowej, która mówi, że nie można dokonać pomiaru
stanu kwantowego bez jego zakłócenia. Technologia QKD wykorzystywana jest do zabezpieczania informacji przesyłanej łączami sieci komputerowych na coraz większych odległościach. W ramach sieci naukowej PIONIER udało się zestawić i zabezpieczyć połączenie QKD na odcinku ponad 380 km pomiędzy Poznaniem i Warszawą w maju 2022 roku.
- kwantowe szyfry (np. szyfr Vernama)
- protokoły kryptograficzne (np. BB-84)