Forskare vid UT hittade ett nytt sätt att skydda data från attacker med kvantdatorer. Som de publicerade idag i New Journal of Physics . Med kvantdatorer på uppgång, vi kan inte längre utesluta möjligheten att en kvantdator blir så kraftfull att den kan bryta existerande kryptografi. Enstaka ljuspartiklar används redan för att skydda data men överföringen av en bit per foton är långsam. Pepijn Pinkse ledde experimentet för att öka överföringshastigheten upp till sju bitar per foton.

Datorer använder kryptografi för att säkra sin kommunikation. Till exempel, kommunikationen mellan din telefon och din bank för att överföra vissa pengar måste vara säker för att förhindra att brottslingar ändrar meddelandet och säger åt banken att överföra pengar till ett annat bankkonto. En kvantdator kan i teorin, bryta befintlig kryptografi. Men tills nyligen, demonstrationen att en kvantdator kan göra vad som helst som en snabb klassisk dator inte kan göra var enastående. Denna punkt kallar vi "kvantöverhöghet".

Kvantöverlägsenhet

Nyligen, Google hävdade i Nature ett experimentellt bevis på denna "kvantöverhöghet, "fast med en beräkning som inte har någon praktisk användning. Ändå, vi kan inte längre utesluta möjligheten att kvantdatorer blir så kraftfulla att de bryter existerande kryptografi eftersom det finns kända kvantalgoritmer som bryter mot dagens mest använda kryptografiska metoder. Lyckligtvis, kvantteknologi erbjuder också lösningar. Med Quantum Key Distribution (QKD) kan man säkert bygga upp hemliga nycklar mellan en avsändare och en mottagare. Det här är ingen science fiction. Kommersiella QKD-system är tillgängliga från flera leverantörer och rymdbaserade versioner är redan utplacerade.

Förstora kvantalfabeten

Standard QKD-system använder enstaka ljuspartiklar – fotoner – som är i ett av två möjliga tillstånd, till exempel horisontellt eller vertikalt polariserat. Detta begränsar överföringen till en bit per foton. På sätt och vis, fotonerna är kodade i ett alfabet med bara två bokstäver:a och b.

Forskare från UT ökade nu denna siffra med mer än tusen bokstäver. Detta ökar motståndet mot brus och ökar potentiellt datahastigheten. De uppnådde detta genom att koda kvantinformationen i 10 ²⁴ möjliga platser för de använda fotonerna. För att göra det svårt för en angripare att se vad som skickades, de växlar slumpmässigt kodningen mellan två olika alfabet.

Talar holländska i ett kinesiskt konferensrum

Pepijn Pinkse, som ledde experimentet, förklarar:"Det är som att försöka gissa vad som talas i två konferensrum. I det ena rummet är konferensspråket kinesiska och i det andra nederländska, men du vet inte innan du går in. Om en nederländsktalande väljer det kinesiska rummet, han förstår ingenting även om föreläsningarna för en kinesisk talare är kristallklara. I vår metod, avsändaren använder två språk och växlar slumpmässigt mellan dem. Mottagaren växlar också mellan att lyssna på det ena eller det andra språket. Bara om språken sammanfaller, användbara bitar överförs. Att lyssna på båda språken samtidigt är förbjudet av fysikaliska grundlagar. "

Att använda denna teknik tillsammans med mycket svagt ljus, ett videoprojektorchip och modern enfotondetekterande kamera, forskarna visade att de kunde sända upp till sju säkra bitar per foton. Deras resultat publiceras den 18 december i New Journal of Physics i deras papper med titeln "Storalfabetets kvantnyckelfördelning med hjälp av rumsligt kodat ljus."