En metod för att säkert kommunicera mellan flera kvantenheter har utvecklats av ett UCL-ledda team av forskare, föra fram verkligheten av en storskalig, ohackbart kvantnätverk.

Hittills, att kommunicera via kvantnätverk har bara varit möjligt mellan två enheter av känd härkomst som har byggts säkert.

Med EU och Storbritannien åtar sig 1 miljard euro respektive 270 miljoner pund för att finansiera kvantteknologisk forskning, ett lopp pågår för att utveckla den första riktigt säkra, storskaligt nätverk mellan städer som fungerar för alla kvantenheter.

"Vi är i en slags teknisk kapprustning. När kvantdatorer är fullt utvecklade, de kommer att bryta mycket av dagens kryptering vars säkerhet enbart baseras på matematiska antaganden. För att förebyggande lösa detta, vi arbetar på nya sätt att kommunicera genom stora nätverk som inte förlitar sig på antaganden, utan använd istället fysikens kvantlagar för att säkerställa säkerhet, som skulle behöva brytas för att hacka krypteringen, " förklarade huvudförfattaren, Dr Ciarán Lee (UCL Fysik &Astronomi).

Publicerad i Fysiska granskningsbrev och finansierat av Ingenjörs- och fysikaliska forskningsrådet, studien av UCL, forskare från University of Oxford och University of Edinburgh beskriver ett nytt sätt att kommunicera säkert mellan tre eller flera kvantenheter, oavsett vem som byggt dem.

"Vårt tillvägagångssätt fungerar för ett allmänt nätverk där du inte behöver lita på tillverkaren av enheten eller nätverket för att sekretess ska garanteras. Vår metod fungerar genom att använda nätverkets struktur för att begränsa vad en avlyssnare kan lära sig, " sa Dr Matty Hoban (University of Oxford, tidigare University of Edinburgh).

Tillvägagångssättet överbryggar gapet mellan det teoretiska löftet om perfekt säkerhet som garanteras av kvantfysikens lagar och den praktiska implementeringen av sådan säkerhet i stora nätverk.

Den testar säkerheten för kvantenheterna innan de kommunicerar med hela nätverket. Den gör detta genom att kontrollera om korrelationerna mellan enheter i nätverket är i sig kvantum och inte kan ha skapats på annat sätt.

Dessa korrelationer används för att etablera hemliga nycklar som kan användas för att kryptera vilken önskad kommunikation som helst. Säkerheten säkerställs av den unika egenskapen att kvantkorrelationer endast kan delas mellan enheterna som skapade dem, se till att ingen hackare någonsin kan komma för att lära sig nyckeln.

Teamet använde två metoder - maskininlärning och kausal slutledning - för att utveckla testet för det icke-hackbara kommunikationssystemet. Detta tillvägagångssätt distribuerar hemliga nycklar på ett sätt som inte kan avlyssnas effektivt, för genom kvantmekaniken kan deras hemlighet testas och garanteras.

"Vårt arbete kan ses som att skapa programvaran som kommer att köras på hårdvara som för närvarande byggs för att realisera potentialen för kvantkommunikation. I framtida arbete, vi skulle vilja arbeta med partners i Storbritanniens nationella kvantteknologiprogram för att utveckla detta ytterligare. Vi hoppas kunna testa vår kvantnätverksstrategi under de kommande åren, avslutade Dr Lee.

Teamet erkänner att ett icke-hackbart nätverk kan missbrukas på samma sätt som nuvarande nätverk, men betona att det också finns en klar fördel med att säkerställa integritet.