Brug af lys til at kryptere kommunikation

Forskere fra UT fandt en ny måde at beskytte data mod angreb med kvantecomputere. Som de har offentliggjort i dag i New Journal of Physics . Med kvantecomputere i fremmarch, vi kan ikke længere udelukke muligheden for, at en kvantecomputer bliver så kraftfuld, at den kan bryde eksisterende kryptografi. Enkelte partikler af lys bliver allerede brugt til at beskytte data, men transmissionen af ​​en bit pr. foton er langsom. Pepijn Pinkse ledede eksperimentet med at øge transmissionshastigheden op til syv bits pr. foton.

Computere bruger kryptografi til at sikre deres kommunikation. For eksempel, kommunikationen mellem din telefon og din bank for at overføre nogle penge skal være sikker for at forhindre kriminelle i at ændre beskeden og bede banken om at overføre penge til en anden bankkonto. En kvantecomputer kunne i teorien, bryde eksisterende kryptografi. Men indtil for nylig, demonstrationen af, at en kvantecomputer overhovedet kan noget, som en hurtig klassisk computer ikke kan, var fremragende. Dette punkt kalder vi "kvanteoverherredømme".

Kvanteoverherredømme

For nylig, Google hævdede i Nature et eksperimentelt bevis på denne "kvanteoverherredømme, dog med en beregning, der ikke har nogen praktisk nytte. Ikke desto mindre, vi kan ikke længere udelukke muligheden for, at kvantecomputere bliver så kraftige, at de bryder eksisterende kryptografi, da der er kendte kvantealgoritmer, der bryder nutidens mest anvendte kryptografiske metoder. Heldigvis kvanteteknologi tilbyder også løsninger. Med Quantum Key Distribution (QKD) kan man sikkert opbygge hemmelige nøgler mellem en afsender og en modtager. Dette er ingen science fiction. Kommercielle QKD-systemer er tilgængelige fra flere leverandører, og rumbaserede versioner er allerede implementeret.

Forstørre kvantealfabeterne

Standard QKD-systemer bruger enkelte lyspartikler - fotoner - der er i en af ​​to mulige tilstande, for eksempel vandret eller lodret polariseret. Dette begrænser transmissionen til en bit pr. foton. I en vis forstand, fotonerne er kodet i et alfabet på kun to bogstaver:a og b.

Forskere fra UT øgede nu dette tal med mere end tusind bogstaver. Dette øger modstanden mod støj og øger potentielt datahastigheden. De opnåede dette ved at indkode kvanteinformationen i 10 ²⁴ mulige placeringer af de anvendte fotoner. For at gøre det svært for en angriber at se, hvad der blev sendt, de skifter tilfældigt kodningen mellem to forskellige alfabeter.

Taler hollandsk i et kinesisk mødelokale

Pepijn Pinkse, hvem ledede eksperimentet, forklarer:"Det er som at prøve at gætte, hvad der tales i to konferencelokaler. I det ene rum er konferencesproget kinesisk og i det andet hollandsk, men du ved det ikke før du går ind. Hvis en hollandsktalende vælger det kinesiske værelse, han forstår ikke noget, selvom forelæsningerne for en kinesisk taler er krystalklare. I vores metode, afsenderen bruger to sprog og skifter tilfældigt mellem dem. Også modtageren skifter mellem at lytte på det ene eller det andet sprog. Kun hvis sprogene falder sammen, nyttige bits formidles. At lytte til begge sprog på samme tid er forbudt af fysikkens grundlæggende love."

Anvender denne teknik sammen med meget svagt lys, en videoprojektorchip og moderne enkeltfoton-detekterende kamera, forskerne viste, at de kunne transmittere op til syv sikre bits pr. foton. Deres resultater offentliggøres den 18. december i New Journal of Physics i deres papir med titlen "Large-alphabet quantum key distribution using spatally-coded light."