Kvantumkommunikáció

A kvantumfizika hátterében nagyon különleges, mindamellett nagyon kicsi mérettartományban létező jelenségek állnak. A természetben jelen lévő kvantumfizikai tulajdonságokat fel tudjuk használni arra, hogy különböző informatikai megoldásokban alkalmazzuk őket, az egyik ilyen alkalmazási lehetőség a kommunikáció – húzta alá a szakember.

Mint fogalmazott: amikor kommunikálni szeretnénk egymással, vagy elérni különböző weboldalakat, akkor ahhoz, hogy a kommunikációt ne tudják mások lehallgatni, titkosítást használunk. Jelenleg két nagy családja van a titkosítási eljárásoknak: a szimmetrikus és a nyilvános (aszimmetrikus) kulcsú titkosítás.

Utóbbit használjuk például, amikor belépünk a Facebookra, és ezen alapul az online banki átutalások biztonsága is. A nyilvános kulcsú titkosítás lényege, hogy van egy kulcspár, amelynek egyik tagja nyilvános, a másik titkos, és matematikai eljárás garantálja, hogy a nyilvános kulcsból csak nagyon lassan lehet kikövetkeztetni, hogy mi a titkos kulcs.

A kvantumszámítógépek – kvantumfizikai elveken működő gépek – megjelenésével azonban ez a helyzet megváltozik. Jelenleg ugyan még nincs működő univerzális kvantumszámítógép, de a következő 5-10-15 évben várhatóan elkészülnek az első működő gépek. Egy ilyennel mindössze egy másodpercre rövidül a nyilvános kulcs visszafejtésének ideje, míg egy hagyományos számítógép akár 2-3 évig is elbajlódhat a feladattal – tette hozzá.

A kvantumszámítógépekkel fel lehet majd törni minden nyilvános kulcsú titkosítást, ezért már csak a szimmetrikus kulcsú megoldásokban lehet gondolkodni. Ez úgy működik, hogy mindkét kommunikáló fél ugyanazt a kulcsot használja. Ehhez mindkét félhez el kell juttatni a kulcsot, amelynek jelenleg ismert egyik legbiztosabb módja a kvantum alapú kulcsszétosztás, amely lehallgathatatlan.

 Bacsárdi László: A természetben jelen lévő kvantumfizikai tulajdonságokat fel tudjuk használni különböző informatikai megoldásokban

Jelenleg a kvantum alapú kulcsszétosztás távolsági rekordja vezetékes környezetben (optikai szálon) 307 kilométer, vezeték nélküliben 144 kilométer. A kínai kutatók célja most az, hogy kvantum módon osszanak meg kulcsot az új műhold és egy földi állomás – illetve a későbbiekben két földi állomás – között, és ezzel új távolsági rekordot állítsanak fel. Az új műhold segítségével a szakemberek kísérleteket is fognak folytatni olyan bizarr jelenségekről, mint az összefonódás. Bacsárdi László elmondta, a kvantuminformációt különböző fizikai hordozók – a fotonoknál például a polarizációs állapot – hordozzák.

Kifejtette: egy fotonnak két bázisállapotát különböztetik meg, vízszintesen és függőlegesen polarizált. Amikor elvégzünk rajta egy mérést, akkor vagy a vízszintes, vagy a függőleges bázisállapotot veszi fel. Vannak különleges, összefonódott párok: ha ezek egyik tagján elvégeznek egy mérést, megállapítva a foton állapotát, akkor abban a pillanatban a másik fotonnak is ugyanez lesz az állapota – mondta.

“Ha az összefonódott párt szétválasztom, és a pár egyik tagját elviszem a Marsra, a másikat itt hagyom a Földön, és elvégzem rajta a mérést, akkor a Marson is ugyanannyi lesz a másik értéke” – magyarázta a szakember, rámutatva, hogy az összefonódás jelensége a fénysebességnél gyorsabban játszódik le. A kínai kutatók egyik célja, hogy a műhold fedélzetén előállítsanak egy összefonódott fotonpárt, amelynek egyik tagját elküldik egy kínai, a másikat egy európai vevőállomásra, hogy mindkét helyen méréseket hajtsanak végre rajtuk.

Bacsárdi László szerint ez hosszú távon azért érdekes, mert az összefonódás jelenségének felhasználásával képesek vagyunk információk teleportálására. A teleportálás világrekordja jelenleg nagyjából 144 kilométer, a kínai kvantumkommunikációs műhold révén azonban idővel teleportálást lehet végrehajtani a műhold és egy vevőállomás, vagy akár a két vevőállomás között is.

A Kínai Tudományos Akadémiával a projektben együttműködő osztrák kutatóintézet már a 2000-es évek elején javasolta egy kvantum alapú teleportációra képes berendezés elhelyezését a Nemzetközi Űrállomáson; a 2008 környékén elindított projektet azonban leállították.

Európában jelenleg Padovában végeznek aktív kutatást a témában. Az észak-olaszországi kutatócsoport lézerjelek révén folytat kvantumkommunikációt jelenleg is Föld körül keringő műholdakkal. Európában még nem voltak arra irányuló tervek, hogy kvantumműholdat állítsanak pályára. Az amerikai űrkutatási hivatal (NASA) pedig azon van, hogy a technikát minél hamarabb átültesse a világűrbe. Magyarországon is foglalkozik néhány szakember a témakörrel, elsősorban szimulációs vizsgálatok révén.

Bacsárdi László szerint a kvantum alapú kulcsszétosztás egyre inkább része a mindennapoknak. A világon már legalább négy – amerikai, svájci, francia, ausztrál – cég forgalmaz olyan termékeket – leegyszerűsítve “két dobozt és 100 kilométernyi optikai kábelt” –, amelyek révén biztonsággal lehet kommunikálni két pont között. A technológia elsősorban a pénzügyi és a távközlési szektor számára érdekes, de feltehetőleg a katonaságot sem hagyják hidegen a biztonságos kommunikációs megoldások.

A vezetékes technológiának meg van a már említett fizikai határa, a vezeték nélküli megoldás hátrányai pedig – városi környezetben – az épületek és a tereptárgyak. “Ahhoz, hogy a lézerjel el tudjon jutni egyik pontból a másikba, szabad rálátásra van szükség, vagyis óhatatlanul mindenki az ég felé, a műholdak irányába fordul” – jegyezte meg.

Szerző: MTI

2016.08.17.