Kvantdatorer utgör ett stort hot mot säkerheten för modern kommunikation, dechiffrera kryptografiska koder som skulle ta vanliga datorer för alltid att knäcka. Men att dra nytta av egenskaperna hos kvantbeteende kan också ge en väg till verkligt säker kryptografi.

Försvar, finansiera, sociala nätverk - kommunikation överallt är beroende av kryptografisk säkerhet. Kryptografi innebär att man blandar ihop meddelanden enligt en kod, eller nyckel, som har för många kombinationer för att även mycket kraftfulla datorer ska testa.

Men kvantdatorer har en fördel. Till skillnad från vanliga datorer, som behandlar information i "bitar" av bestämda enor och nollor, kvantdatorer bearbetar information i 'qubits, "vars tillstånd förblir osäkra tills den slutliga beräkningen.

Resultatet är att en kvantdator effektivt kan prova många olika nycklar parallellt. Kryptografi som skulle vara ogenomtränglig för vanliga datorer kan ta en kvantdator bara några sekunder att spricka.

Praktiska kvantdatorer som kan användas för att bryta kryptering förväntas vara år, om inte årtionden, bort. Men det bör inte vara en säkerhet:även om en hackare inte kan dechiffrera konfidentiell information nu, de kunde spara det och helt enkelt vänta tills en kvantdator är tillgänglig.

"Problemet finns redan, "säger professor Valerio Pruneri från Institute of Photonic Sciences i Barcelona, Spanien, och koordinator för ett kvantsäkerhetsprojekt som heter CiViQ. "En hacker kan ta det som lagras nu, och bryta dess nyckel vid ett senare tillfälle. "

Svaret, säger prof. Pruneri, är en annan kvantteknik. Känd som kvantnyckeldistribution (QKD), det är en uppsättning regler för kryptering av information - känd som ett kryptografiprotokoll - som är nästan omöjligt att knäcka, även med kvantdatorer.

Avlyssning

QKD innebär att två parter delar en slumpmässig kvantnyckel, enligt vilken viss separat information är kodad. Eftersom det i kvantteorin är omöjligt att observera något utan att förstöra det, de två parterna kommer att veta om någon annan har avlyssnat nyckeln - och därför om det är säkert, eller inte, att dela sin kodade information.

Tills nu, QKD har vanligtvis involverat specialistteknik, såsom enkelfotondetektorer och sändare, som är svåra för människor utanför laboratorier att genomföra. I CiViQ -projektet, dock, Prof. Pruneri och hans team utvecklar en variant av QKD som fungerar med konventionell telekommunikationsteknik.

De har redan skapat prototyper, och genomförde några feldemonstrationer. Nu, forskarna arbetar med industritelekunder inklusive Telefónica i Spanien, Orange i Frankrike och Deutsche Telekom i Tyskland för att skapa system som uppfyller deras respektive krav, med hopp om att de första systemen kan vara online inom tre år.

Prof. Pruneris förhoppning är att skapa mycket säkra kommunikationssystem upp till 100 km stora som är lämpliga för statliga finansiera, medicinska och andra högriskområden inom städer. Det kan till och med användas av vardagliga konsumenter, även om professor Pruneri säger att QKD för närvarande når kortare sträckor och lägre hastighet än vanlig kommunikation.

Slumpmässig

Som vanlig kryptografi, QKD behöver slumpmässiga nycklar - siffror - för att genereras i första hand. Ju mer slumpmässiga dessa nycklar är, desto större säkerhet för systemet, eftersom det är mindre chans att nycklarna gissas. Men problemet är att de siffror som genereras med traditionella metoder ofta inte är helt slumpmässiga.

Här, kvantmekanik kan återigen komma till undsättning. Atoms beteende, fotoner och elektroner antas vara verkligt slumpmässiga och detta kan användas som ett sätt att generera tal som inte går att förutsäga.

Professor Hugo Zbinden vid universitetet i Genève i Schweiz sa:"Kvantumslumpgeneratorer drar nytta av kvantfysikens inneboende slumpmässighet, medan klassiska verkliga slumptalsgeneratorer är baserade på kaotiska system, som är deterministiska och, i teorin, till viss del förutsägbar. "

Quantum slumpmässiga talgeneratorer finns redan, men för att göra dem mer allmänt tillämpliga förbättrar professor Zbinden och hans kollegor som arbetar med ett projekt som heter QRANGE deras hastighet och tillförlitlighet, samt att minska deras kostnad. För närvarande, de försöker utveckla prototyper med en 'högteknologisk beredskapsnivå' - med andra ord, prototyper som visar att tekniken är mogen för användning i den verkliga världen.

Arbetet är ett viktigt steg för att säkerställa att, samtidigt som det är ett hot mot säkerheten för vår nuvarande kommunikation, kvantmetoder ger också en väg till säkrare system.

Kvantdatorer hotar klassisk kryptografi, "säger professor Zbinden." Kvantkryptografi kan vara en lösning, (men) det behöver slumpmässiga nummer av hög kvalitet. "