Sztuczne atomy pomagają w szyfrowaniu danych

Począwszy od numerów kart kredytowych do informacji o koncie bankowym, każdego dnia przesyłamy poufne informacje przez Internet na co dzień. Od roku 1990, naukowcy wiedzą, że wcześniej czy później komputery kwantowe zagrożą bezpieczeństwu tych transakcji.
Dzieje się tak dlatego, ponieważ komputery kwantowe są w stanie przeprowadzać wiele obliczeń obliczeń jednocześnie i znacznie szybciej niż ich tradycyjne odpowiedniki. To pozwoli komputerom kwantowym uczynić system bezpieczeństwa internetowego opartym na szyfrowaniu za pomocą klucza publicznego całkowicie bezużytecznym.
System ten pozwala dwóm komputerom ustanowić połączenia prywatne, jak na razie, ukryte przed potencjalnymi atakami hakerów. W tej metodzie, każde urządzenie (komputer) udostępnia kopie własnego klucza publicznego. Tym kluczem można szyfrować wiadomości ale nie można nim już potem ich rozszyfrować. Można to zrobić drugim kluczem (który nazywamy prywatnym) i który znajduje się zapisany na urządzeniu ale nie jest udostępniany na zewnątrz. Każde inne urządzenie może użyć klucza publicznego aby zaszyfrować i wysłać wiadomość do pierwszego urządzenia. Pierwsze urządzenie jest jedynym, który ma dostęp do klucz prywatnego, więc może go użyć używa do odszyfrowania wiadomości. Nawet jeśli ktoś przechwyci wiadomość, nie znając klucza prywatnego, nie będzie jej mógł rozszyfrować. Pierwszy komputer w identyczny sposób komunikuje się z nadawcą: używa jego klucza publicznego do zaszyfrowania wiadomości i wysyła ją; drugi komputer odbiera wiadomość i deszyfrują ją swoim kluczem prywatnym.
Jak widać metoda opiera się na parach kluczy – bardzo dużych liczb, które są ze sobą w szczególny sposób związane. Jeśli nawet znamy jedną z tych liczb nie istnieje algorytm umożliwiający odkrycie drugiej liczby: można próbować ją znaleźć metodą prób i błędów – a jest to niebywale długotrwały proces. Tak przynajmniej było do dzisiaj. Komputer kwantowy mógłby bowiem szybko obliczyć klucz prywatny na podstawie klucza publicznego danego urządzenia i odczytać wiadomości do niego kierowane, czyniąc ten sposób szyfrowania bardzo mało bezpiecznym.
Fizyka kwantowa może jednocześnie pomóc w tworzeniu bezpieczniejszych linii komunikacyjnych. Jedna z metod polega na użyciu przez obie strony tego samego klucza prywatnego. Aby to zrobić można użyć dwóch splątanych fotonów. Dzięki temu nikt nie będzie mógł odczytać klucza.
Uczeni austriaccy Tobias Huber, Gregor Weihs i współpracujący z nimi Glenn Solomon próbują znaleźć sposób wytwarzania splątanych fotonów dla celów kryptografii. Jednym ze źródeł takich fotonów jest tzw. kropka kwantowa. Jest to mały obszar półprzewodnika, o szerokości rzędu nanometrów, który jest osadzony w innym półprzewodnika. Ten mały region zachowuje się jak sztuczny atom. Kropka ma swoje poziomy energetyczne i gdy padnie na nią światło o określonej długości, elektron z kropki może przeskoczyć na wyższy poziom energetyczny pozostawiając dziurę. Po pewnym czasie elektron wróci z powrotem do dziury emitując przy tym foton. Taka para elektron-dziura nazywana jest ekscytonem natomiast dwa ekscytony nazywamy biekscytonami. Ten ostatni zanika, gdy elektrony kaskadowo wracają na niższe poziomy energetyczne (zatykając dziury) i emitują przy tym parę fotonów.
Trzej uczeniu opracowali metodę wzbudzania biekscytonów w kropkach kwantowych za pomocą impulsów światła laserowego. Te impulsy można wykorzystać do zakodowania informacji w dwóch emitowanych fotonach, tworząc jednocześnie kwantowe połączenie między nimi zwane splątaniem. Następnie te fotony można przesyłać światłowodami w różne miejsca.
Naukowcy muszą jeszcze zwalczyć problemy związane z niedoskonałościami sieci krystalicznej półprzewodników, z których wykonane są kropki kwantowe a w szczególności z zanieczyszczeniami. Każda z takich niedoskonałości może zapobiegać wzbudzeniu biekscytonów albo ich powrotowi do stanu spoczynkowego i emisji splątanych fotonów.

Udostępnij
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Dodaj komentarz