Ce este criptografia cuantică?

Criptografia cuantică se referă la sistemele criptografice care se bazează pe efecte și proprietăți mecanice cuantice pentru a efectua sarcini criptografice. Acest lucru este în contrast cu criptografia clasică utilizată pe computerele moderne. O cerință fundamentală a criptografiei cuantice este utilizarea unui computer cuantic; nu poate fi efectuată folosind un computer standard.

QKD

Domeniul principal în criptografia cuantică este QKD. QKD înseamnă Quantum Key Distribution. În loc să utilizeze un proces de criptare complet cuantic, QKD folosește efecte cuantice pentru a distribui în siguranță o cheie de criptare clasică. Aceasta înseamnă că trebuie dezvoltat doar un sistem de comunicare cuantică dovedit și sigur, mai degrabă decât algoritmi cuantici mult mai complexi. De asemenea, reduce cerințele fizice; din punct de vedere tehnic, pe un computer normal ar fi necesară doar o placă de rețea cuantică, mai degrabă decât un întreg computer cuantic.

Mecanica cuantică se pretează în mod rezonabil la dezvoltarea sistemelor de comunicații cuantice sigure. Există modalități de a comunica cu canale de comunicare cuantică pe care o terță parte neautorizată nu le poate monitoriza fără ca acea intruziune să fie detectabilă.

Securitatea unui canal de comunicare cuantică poate fi, de asemenea, redusă la câteva cerințe extrem de minime. O astfel de condiție este ca cele două părți legitime să aibă o modalitate de a se autentifica una cu cealaltă. O altă cerință este pur și simplu ca legile mecanicii cuantice să se aplice.

Principala problemă pentru QKD vine din dificultatea de a transmite informații cuantice pe distanțe semnificative. Cercetările actuale permit rate adecvate de acord-cheie pentru fibre optice până la 550 km. Dincolo de această distanță, sunt necesare repetoare cuantice pentru a se asigura că semnalul nu se pierde în zgomot. În plus, rutarea comunicațiilor cuantice pe un internet cuantic ar fi o provocare. Sistemele actuale de testare tind să fie punct la punct.

Alte domenii de cercetare

Efectele cuantice pot fi utilizate în domeniul calculului cuantic neîncrezător. Aici, două părți pot coopera fără a avea încredere una în alta. Sistemul cuantic poate fi proiectat astfel încât ambele părți să poată dovedi că cealaltă a înșelat. Aceste metode, totuși, se bazează și pe efecte non-cuantice, cum ar fi relativitatea specială.

Cercetările sunt în curs de desfășurare în alte domenii, cum ar fi solicitarea unui destinatar să se afle într-o anumită locație fizică, chiar dacă doi adversari se complică. Alte scheme încearcă să forțeze chiar și destinatarii activ necinstiți să fie onești prin implementarea unor cerințe copleșitoare de sistem pentru capacitatea de a fi frauduloși. O mare parte din acest tip de muncă a arătat slăbiciuni în implementările cuantice actuale, dar a lăsat ușa deschisă pentru cercetări viitoare într-un domeniu foarte tânăr.

Comunicarea cuantică necesită mai multe lucruri pentru a fi cu adevărat sigură. În primul rând, transmisiile optice trebuie să fie capabile să trimită fotoni unici. Sistemele actuale tind să folosească lasere care trimit fotoni multipli. Teoretic, un adversar ar putea intercepta unul dintre mulți fotoni fără a lăsa urme. Există totuși cercetări promițătoare în dezvoltarea surselor de un singur foton.

În al doilea rând, detectorii de fotoni suferă din cauza diferențelor bazate pe toleranța de fabricație, care deschid o fereastră pentru ca un observator să se injecteze în fluxul de comunicare fără a fi detectat. Această problemă este imposibil de rezolvat pe deplin fără toleranțe infinit de strânse, o cerință imposibilă.

Concluzie

Criptografia cuantică se referă la criptografia care utilizează efecte mecanice cuantice. Câmpul principal actual este Quantum Key Distribution, care utilizează metode de comunicare cuantică pentru a transmite chei de criptare clasice. Criptografia cuantică nu trebuie confundată cu criptografia post-cuantică.