De senaste framstegen inom kvantdatorer kan snart ge hackare tillgång till maskiner som är tillräckligt kraftfulla för att knäcka även de tuffaste standardkoder för internet. Med dessa koder trasiga, alla våra onlinedata - från journaler till banktransaktioner - kan vara sårbara för attacker.

För att slå tillbaka mot det framtida hotet, forskare har samma märkliga egenskaper som driver kvantdatorer att skapa teoretiskt hack-säkra former av kvantdatakryptering.

Och nu, dessa kvantkrypteringstekniker kan vara ett steg närmare storskalig användning tack vare ett nytt system som utvecklats av forskare vid Duke University, Ohio State University och Oak Ridge National Laboratory. Deras system kan skapa och distribuera krypteringskoder med megabit per sekund, vilket är fem till tio gånger snabbare än befintliga metoder och i nivå med nuvarande internethastigheter när flera system körs parallellt.

Forskarna visar att tekniken är säker från vanliga attacker, även inför utrustningsfel som kan öppna läckor.

"Vi kommer nu sannolikt att ha en fungerande kvantdator som kan börja bryta befintliga kryptografiska koder inom en snar framtid, "sa Daniel Gauthier, professor i fysik vid Ohio State University. "Vi måste verkligen tänka hårt nu på olika tekniker som vi kan använda för att försöka säkra internet."

Resultaten visas online 24 november Vetenskapliga framsteg .

Till en hacker, våra inköp online, banktransaktioner och journaler ser alla ut som skräp på grund av chiffer som kallas krypteringsnycklar. Personlig information som skickas över webben krypteras först med en av dessa nycklar, och sedan avkodad av mottagaren med samma nyckel.

För att detta system ska fungera, båda parter måste ha tillgång till samma nyckel, och det måste hållas hemligt. Quantum key distribution (QKD) drar nytta av en av de grundläggande egenskaperna hos kvantmekanik - att mäta små bitar av materia som elektroner eller fotoner ändrar automatiskt sina egenskaper - för att utbyta nycklar på ett sätt som omedelbart varnar båda parter om förekomsten av ett säkerhetsbrott .

Även om QKD först teoretiserades 1984 och implementerades kort därefter, tekniken för att stödja dess omfattande användning kommer först nu online. Företag i Europa säljer nu laserbaserade system för QKD, och i ett mycket omtalat evenemang förra sommaren, Kina använde en satellit för att skicka en kvantnyckel till två landbaserade stationer som ligger 1200 km från varandra.

Problemet med många av dessa system, sa Nurul Taimur Islam, en doktorand i fysik vid Duke, är att de bara kan överföra nycklar med relativt låga hastigheter - mellan tiotals till hundratals kilobit per sekund - som är för långsamma för de flesta praktiska användningar på internet.

"I dessa takt, kvantsäkra krypteringssystem kan inte stödja vissa grundläggande dagliga uppgifter, som värd för ett krypterat telefonsamtal eller videoströmning, "Sa islam.

Liksom många QKD -system, Islams nyckelsändare använder en försvagad laser för att koda information om enskilda fotoner av ljus. Men de hittade ett sätt att packa mer information på varje foton, gör deras teknik snabbare.

Genom att justera den tid då fotonen släpps, och en egenskap hos fotonen som kallas fasen, deras system kan koda två bitar information per foton istället för en. Detta trick, i kombination med höghastighetsdetektorer utvecklade av Clinton Cahall, doktorand i el- och datateknik, och Jungsang Kim, professor i el- och datateknik vid Duke, ger sitt system möjlighet att överföra nycklar fem till tio gånger snabbare än andra metoder.

"Det ändrade dessa ytterligare egenskaper hos fotonen som gjorde att vi nästan kunde fördubbla den säkra nyckeltakten som vi kunde få om vi inte hade gjort det, "sa Gauthier, som började arbetet som professor i fysik vid Duke innan han flyttade till OSU.

I en perfekt värld, QKD skulle vara helt säkert. Varje försök att hacka en nyckelutbyte skulle ge fel på sändningen som mottagaren enkelt kunde upptäcka. Men verkliga implementeringar av QKD kräver ofullkomlig utrustning, och dessa brister öppnar upp läckor som hackare kan utnyttja.

Forskarna karakteriserade noggrant begränsningarna för varje utrustning de använde. De arbetade sedan med Charles Lim, för närvarande professor i el- och datateknik vid National University of Singapore, att införliva dessa experimentella brister i teorin.

"Vi ville identifiera alla experimentella brister i systemet, och inkludera dessa brister i teorin så att vi kan säkerställa att vårt system är säkert och det inte finns någon potentiell sidokanalattack, "Sa islam.

Även om deras sändare kräver vissa specialdelar, alla komponenter är för närvarande kommersiellt tillgängliga. Krypteringsnycklar kodade i fotoner av ljus kan skickas över befintliga optiska fiberledningar som gräver under städer, vilket gör det relativt enkelt att integrera sin sändare och mottagare i den nuvarande internetinfrastrukturen.

"All denna utrustning, förutom enkelfotondetektorerna, finns inom telekommunikationsindustrin, och med lite teknik kunde vi förmodligen passa hela sändaren och mottagaren i en låda så stor som en datorprocessor, "Sa islam.