Çinli Araştırmacılar Uzaya 'Kırılamaz' Bir Kuantum Mesajı Gönderecek

    Kırılmaz kuantum mesajları artık havadan gönderilebilir ve yakında uzaya ışınlanacak.

    Live Science'ın daha önce bildirdiği gibi, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki ( USTC ) araştırmacılar, 2018'de yörüngedeki uydular ve yer istasyonları arasında ‘kuantum anahtarlarının’ gizlice nasıl paylaşılacağını buldular . Bu, Çin Micius uydusu ile Avrupa ve Asya'da iletişim kurduğu üç yer sahası arasındaki bağlantıyı, dünyadaki en büyük güvenli kuantum ağı haline getirdi. Ancak Micius'un başlangıçta kullandığı kuantum gizliliği aracında, bilim adamlarının ölçüm cihazından bağımsız kuantum anahtar dağıtımı ( MDI-QKD ) olarak bilinen daha gelişmiş bir kuantum şifreleme biçimi geliştirmelerini gerektiren birkaç sızıntı vardı. Şimdi, aynı araştırmacılar, ilk kez, MDI-QKD'yi herhangi bir fiber optik dahil olmadan Çin'deki bir şehirde kablosuz olarak çıkardılar. Ve MDI-QKD'yi Micius'a göndermeye hazırlanıyorlar.

    Ontario'daki Calgary Üniversitesi'nde kuantum iletişim araştırmacısı olan ve deney üzerinde çalışmayan Daniel Oblak, "Çinli grubun sonuçları kuantum iletişim topluluğu için çok ilginç" dedi.

    Mevcut teknolojiyle mümkün olmayan hem uydulara hem de fiber optik kablolara dayanan pratik kuantum şifreli ağların kapısını açtığını söyledi.

Kuantum güvenli mesajlar

    Telefonunuzdan şimdiye kadar gönderdiğiniz her güvenli veri parçası - örneğin bir mobil uygulama aracılığıyla bankanıza talimatlar veya annenizle Whatsapp mesajları - potansiyel bilgisayar korsanlarıyla dolu büyük mesafelerde yayınlandı. Ancak dinleyen herhangi bir meraklı kişi muhtemelen bu bilgiden bir anlam çıkaramayacaktı çünkü sadece güvenli bir anahtarla, temelde uzun bir sayı dizisiyle deşifre edilebilecek anlamsız kelimeye dönüştürüldü. Bu sayı dizisi, koruduğu bilgilerle karıştırılır ve yalnızca dizeyi bilen biri bunları çözebilir.

    Yine de bu sistemler mükemmel değil, anahtar paylaşılırken dinleyen herhangi birinin saldırısına karşı savunmasız. Belçikalı kriptograf Gilles Van Assche'nin " Quantum Cryptography and Secret-Key Distillation " ( Cambridge University Press , 2006 ).

    Bu yüzden 1980'lerde araştırmacılar, kuantum mekaniğini kullanarak güvenli anahtarlar oluşturmak için teorik bir yöntem geliştirdiler . Güvenli anahtarların tek tek parçacıkların kuantum özelliklerine kodlanabileceğini ve gizlice karşılıklı değiştirilebileceğini keşfettiler. Bu "kuantum anahtar dağılımının" ( QKD ) avantajı, kuantum fiziğinin, bir parçacığı gözlemleme eyleminin onu onarılamaz şekilde değiştirdiğini dikte etmesidir. Böylece, kuantum anahtarını engellemeye çalışan herhangi bir casus, parçacıklardaki değişikliklerle anında tespit edilebilir.

Kuantum kasasını korumak

    Son yıllarda, araştırmacılar fotonları ( ışık parçacıkları ) kullanarak prototip kuantum anahtar dağıtım ağları oluşturmaya başladıkça, sistemde önemli bir kusur ortaya çıktı - "Yan kanal saldırıları" bir kuantum anahtarının kopyalarını doğrudan alıcıdan çekebilirdi. Physical Review Letters dergisinde 2012 yılında bulundu.

    Bu nedenle araştırmacılar, MDI-QKD'yi geliştirdiler ve bu 2012 belgesinde "tüm ( mevcut ve henüz keşfedilecek ) dedektör yan kanallarını kaldırmak için basit bir çözüm" olarak adlandırdılar.

    MDI-QKD'de, bir mesajın hem göndericisi hem de alıcısı, kuantum anahtar fotonlarını aynı anda ( ve tuzakları ) üçüncü bir tarafa gönderir. Her foton tek bir bilgi parçacığı içerir: bir veya sıfır. Üçüncü tarafın güvende olması gerekmez ve fotonların ilettiği bilgileri okuyamaz. 

    QuTech'in kuantum iletişim uzmanı Wolfgang Tittel, Hollanda'daki Delft Teknoloji Üniversitesi ile Hollanda Uygulamalı Bilimsel Araştırma Örgütü arasındaki bir işbirliği ile "Tüm söyleyebildiği [ fotonlar ] arasındaki ilişki," dedi. Sadece "aynı mı yoksa farklı mı" diyebilir.

    Hem gönderen hem de alıcı bir veya sıfır gönderdiğinde, röleden aynı biti gönderdiklerini belirten bir mesaj alırlar. Farklı numaralar gönderirlerse nakil, farklı numaralar gönderdiklerini yayınlar. Aktarıcıda casusluk yapan bir bilgisayar korsanı, yalnızca fotonların aynı mı yoksa farklı mı olduğunu söyleyebilirdi, ancak bir mi yoksa bir sıfır mı temsil ettiklerini söyleyemezdi.

    Tittel WordsSideKick.com'a verdiği demeçte Tittel, "Ama elbette eyaletleri gönderenler ne gönderdiklerini biliyorlar, bu nedenle diğer kişinin ne gönderdiğini biliyorlar," dedi.

   Tüm bu birler ve sıfırlar güvenli bir kuantum anahtarı oluşturur ve bir bilgisayar korsanının bunun ne olduğunu söylemesinin bir yolu yoktur.

    Ancak bu son deneyde yer almayan Tittel, MDI-QKD'nin kendi zorlukları olduğunu söyledi. Her iki fotonun da tam olarak aynı anda röleye varmasını gerektirir.

    "Cihazın sıcaklığındaki değişiklikler nedeniyle bunun zor olduğunu gördük," dedi ve bu da zamanlamayı bozabilir.

   Ve bu, özel fiber optik kablolar kullanıyor. Hava yoluyla foton göndermek, zamanlamayı daha da öngörülemez hale getiren atmosferik türbülansı hesaba katmayı gerektirir.

    Tittel, bu yüzden yeni deneyin bu kadar etkileyici olduğunu söyledi. Çin, 2018'den beri Micius ile standart QKD yaparken, şimdiye kadar hiç kimse, fotonları ileri geri taşımak için fiber optik kablolar olmadan uzun mesafelerde daha kırılmaz şifreleme sistemini nasıl yapacağını bulamamıştı.

    Yeni çalışmada, araştırmacılar Hefei şehrindeki iki bina arasındaki 11.9 mil ( 19.2 kilometre ) açık havada bir MDI-QKD güvenli anahtar gönderdiler. Fotonların röleye tam olarak aynı anda ulaştığından emin olmak için, gönderici ve alıcı cihazların bu atmosferdeki dalgalanmaları hesaba katmasını sağlayan algoritmalar geliştirdiler.

    MDI-QKD'yi uzaya taşımak, daha da büyük mesafeleri hesaba katabilecek daha iyi algoritmalar dahil olmak üzere daha fazla problem çözmeyi gerektirecektir. 

    Makalenin yazarlarından biri olan Qiang Zhang, Phys.org'a verdiği demeçte , "Üstesinden gelmeyi umduğumuz ikinci zorluk, uyduların hareketiyle ilişkilidir," dedi .

    Hareketli bir hedef, sinyali anlamlandırmak için çok hassas bir şekilde hesaba katılması gereken şekillerde fotonların davranışını değiştirir.

    Tittel, uydunun hareketinin MDI-QKD'yi "çok zor" yaptığını, ancak USTC ekibinin bunu başarmasının makul olduğunu söyledi.

    Eğer yaparlarsa, bilinen herhangi bir kod kırma yöntemiyle kırılamayan bir kuantum ağı geliştirmiş olacaklar. Dünyadaki en güvenli uzun mesafe iletişim ağı olacaktır.