Tarih boyunca şifreleme ve şifre çözme arasındaki savaş hiç bitmez.
Bugün, hassas veriler şifrelenir ve daha sonra, bilgilerin kodunu çözmek için gereken dijital “anahtarlar” ile birlikte fiber optik kablolar ve diğer kanallar üzerinden gönderilir. Veriler ve anahtarlar, klasik bitler — 1’leri ve 0’ları temsil eden bir elektriksel veya optik darbe akışı– olarak gönderilir. Bu da verileri hacklenebilir hale getiriyor.
Akıllı bilgisayar korsanları, hareket halindeki bitleri –kablo okyanusun dibinde bile olsa– iz bırakmadan okuyabilir ve kopyalayabilir. Peki çözümü yok mudur? Bilim adamları quantum mekaniğinin karakterinin bu sorunu çözebileceğini düşünüyorlar.
Kuantum fiziği yasaları, parçacıkların – tipik olarak optik kablolar boyunca veri iletmek için ışık fotonlarının – bir süperpozisyon durumu almasına izin verir; bu, aynı anda birden fazla 1 ve 0 kombinasyonunu temsil edebilecekleri anlamına gelir. Parçacıklar kuantum bitleri veya kübitler olarak bilinir.
Siber güvenlik açısından kübitlerin güzelliği, bir bilgisayar korsanı onları hareket sırasında gözlemlemeye çalışırsa, süper kırılgan kuantum durumlarının 1 veya 0’a “çökmesi” .
Bu, bir bilgisayar korsanının, etkinliğin açıklayıcı bir işaretini geride bırakmadan kübitleri kurcalayamayacağı anlamına gelir.
Bu amaca yönelik dev bir teknolojik adımda, Çinli bilim adamları, dünyanın ilk entegre kuantum iletişim ağını kurdular ve yerdeki 700’den fazla optik fiberi iki yerden uydu bağlantısıyla birleştirerek toplam 4.600 kilometrelik bir mesafe boyunca kuantum anahtar dağıtımı elde ettiler. Phys.Org’un bildirdiğine göre , ülke genelindeki kullanıcılar .
Hefei’deki Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Jianwei Pan, Yuao Chen ve Chengzhi Peng liderliğindeki ekip, Nature’da gelecekteki iletişim için böyle bir ağın küresel, pratik uygulamasına yönelik son ilerlemelerini bildirdi .
Geleneksel şifrelemeden farklı olarak, kuantum iletişimi “kırılmaz” ve dolayısıyla hükümetler, bankalar, elektrik şebekeleri ve diğer sektörler için güvenli bilgi transferinin geleceği olarak kabul edilir.
1980’lerde araştırmacılar kuantum mekaniğini kullanarak güvenli anahtarlar üretmek için teorik bir yöntem geliştirdiler.
Güvenli anahtarların bireysel parçacıkların kuantum özelliklerine kodlanabileceğini ve gizlice ileri geri değiş tokuş edilebileceğini anladılar.
Bu “kuantum anahtar dağılımının” (QKD) avantajı, kuantum fiziğinin, bir parçacığı gözlemleme eyleminin onu onarılamaz bir şekilde değiştirdiğini dikte etmesidir.
Böylece kuantum anahtarını ele geçirmeye çalışan herhangi bir casus, parçacıklardaki değişikliklerle anında tespit edilebilir.
Şimdiye kadar, en yaygın QKD teknolojisi, birkaç yüz kilometreden fazla iletim için optik fiberleri kullanır, yüksek stabilite ancak önemli kanal kaybı vardır.
Kablolardaki malzemeler fotonları emebilir, bu da tipik olarak birkaç on kilometreden fazla yol kat edemedikleri anlamına gelir. Klasik bir ağda, bunu telafi etmek için sinyali yükseltmek için bir kablo boyunca çeşitli noktalarda tekrarlayıcılar kullanılır.
QKD ağları, çeşitli noktalarda “güvenilir düğümler” oluşturarak benzer bir çözüm buldu. Örneğin Pekin’den Şanghay’a ağda 32 tane var.
Bu yol istasyonlarında, kuantum anahtarlarının şifresi bitlere çözülür ve daha sonra bir sonraki düğüme yolculukları için yeni bir kuantum durumunda yeniden şifrelenir.
Ancak bu, güvenilir düğümlere gerçekten güvenilemeyeceği anlamına gelir: düğümlerin güvenliğini ihlal eden bir bilgisayar korsanı, düğümleri çalıştıran bir şirket veya hükümet gibi, tespit edilmeyen bitleri kopyalayabilir ve böylece bir anahtar elde edebilir.
Bir başka önemli QKD teknolojisi, bin kilometrelik iletimler için uydular ve yer istasyonları arasındaki boş alanı kullanır.
2016 yılında Çin, dünyanın ilk kuantum iletişim uydusunu (QUESS veya Mozi/Micius) fırlattı ve 2600 km arayla iki yer istasyonuyla QKD’ye ulaştı.
2017 yılında, Pekin ve Şanghay arasında QKD için 2.000 km’nin üzerinde bir fiber optik ağ tamamlandı.
Güvenilir röleler kullanılarak, yer tabanlı fiber ağ ve uydudan yere bağlantılar, eyalet ve yerel bankalar, belediye elektrik şebekeleri ve e-devlet web siteleri dahil olmak üzere Çin genelinde 150’den fazla endüstriyel kullanıcıya hizmet vermek için entegre edildi.
Bu çalışma, kuantum iletişim teknolojisinin gelecekteki büyük ölçekli pratik uygulamalar için kullanılabileceğini göstermektedir.
Benzer şekilde, farklı ülkelerden ulusal kuantum ağları birleştirilirse ve üniversiteler, kurumlar ve şirketler ilgili protokolleri, donanımları standartlaştırmak için bir araya gelirse küresel bir kuantum iletişim ağı kurulabilir.
Son birkaç yılda ekip, entegre ağın farklı bölümlerinin performansını kapsamlı bir şekilde test etti ve geliştirdi.
Örneğin, artırılmış saat hızı ve daha verimli QKD protokolü ile, uydudan yere QKD, önceki hızdan 40 kat daha yüksek olan, saniyede 47,8 kilobitlik bir ortalama anahtar oluşturma hızına sahiptir.
Araştırmacılar ayrıca ikiz alanlı QKD (TF-QKD) adı verilen yeni bir teknolojiyi kullanarak yer tabanlı QKD rekorunu 500 km’nin ötesine taşıdılar.
TF-QKD, kuantum tekrarlayıcılar olmadan temel hız-mesafe sınırını aşabilen yeni bir olağanüstü QKD protokolüdür.
Deneysel olarak, TF-QKD zaten 400 km’den fazla telekom fiberinin yanı sıra uydudan yer bağlantılarına 1.000 km’den fazla boş alan üzerinden gerçekleştirilmiştir.
Bu sonuç, protokol için kullanılan kuantum taşıyıcılardaki bilgileri kodlamanın ve almanın farklı bir yolu sayesinde mümkündür.
TF-QKD’de güvenli iletişim kurmak isteyen iki kullanıcı tarafından hazırlanan optik darbeler aşamasında bilgi kodlanır ve ortada bir kullanıcı tarafından yapılan tek bir foton girişim ölçümü ile gizli anahtar alınır.
TF-QKD’nin bir başka ilginç yönü de Ölçüm Cihazından Bağımsız olması, yani en katı güvenlik standartlarını karşılamasıdır.
[1] The world’s first integrated quantum communication network
