خلاصه خبر:
 

محققان DTU با توزیع موفقیت آمیز یک کلید کوانتومی امن در فاصله 100 کیلومتری با استفاده از توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته (CV QKD) به پیشرفت قابل توجهی در توزیع کلید کوانتومی دست یافته اند. CV QKD روشی است که امکان توزیع کلیدهای رمزنگاری را با استفاده از زیرساخت اینترنتی موجود فراهم میکند. پیشرفت در CV QKD امکاناتی را برای شبکه های ارتباطی ایمن و ارتباطات ایمن کوانتومی بین موجودات مختلف باز می کند. QKD بر اساس اصول فیزیک کوانتومی است و از عدم قطعیت های اساسی و تصادفی بودن حالات کوانتومی برای اطمینان از تبادل کلید امن استفاده می کند. این دستاورد نشان دهنده گام مهمی در توسعه روش های رمزگذاری کوانتومی است که می تواند زیرساخت های حیاتی را در برابر تلاش های هک محافظت کند.

توضیحات تکمیلی:

محققان دانشگاه فنی دانمارک (DTU) به پیشرفت قابل توجهی در توزیع کلید کوانتومی (QKD) دست یافته اند، فناوری‌ای   که امکان تبادل کلید رمزگذاری ایمن بین طرف های راه دور را بر اساس قوانین فیزیک کوانتومی فراهم می کند. این تیم با موفقیت از روشی به نام توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته  (continuous variable quantum key distribution) یا همان “CV QKD” برای توزیع یک کلید امن کوانتومی در مسافت رکوردشکنانه‌ی 100 کیلومتری با استفاده از کابل فیبر نوری استفاده کرد که طولانی‌ترین مسافتی است که تاکنون با این روش به دست آمده است. دستاورد محققان نویدبخش اجرای توزیع اطلاعات رمزگذاری شده کوانتومی در مقیاس جهانی از طریق زیرساخت اینترنتی موجود است.

توسعه QKD به دلیل تهدیدی که رایانه‌های کوانتومی برای الگوریتم‌های رمزگذاری رایج ایجاد می‌کنند، شتاب بیشتری گرفته است. در حالی که رایانه‌های کوانتومی در حال حاضر به اندازه کافی برای شکستن چنین رمزگذاری‌هایی قدرتمند نیست، اما فقط نیازمند زمان خواهند بود  تا قادر به انجام این کار شوند و به طور بالقوه امنیت همه داده‌های ارسال شده از طریق اینترنت را به خطر بیندازند. به همین دلیل، محققان در حال بررسی روش های رمزگذاری مبتنی بر اصول فیزیک کوانتومی هستند.

یکی از چالش‌های پیاده‌سازی رمزگذاری کوانتومی در فواصل طولانی، حفظ ثبات است که در گذشته محدودیتی برای CV QKD بوده است. با این حال، محققان DTU پیشرفت‌های مختلفی را  به‌ویژه در به حداقل رساندن تلفات فوتون در طول مسیر انتقال انجام دادند و امکان توزیع موفقیت‌آمیز یک کلید رمزگذاری‌شده کوانتومی روی کابل فیبر نوری ۱۰۰ کیلومتری را به دست آوردند.

QKD متکی به انتقال حالت های کوانتومی نور است که به طور خاص از خواص منحصر به فرد فوتون ها بهره می برد. تلاش برای اندازه‌گیری یا مشاهده این فوتون‌ها در حالت کوانتومی، ناگزیر وضعیت آنها را تغییر می‌دهد، و کپی کردن کلید را برای شخص ثالث ،بدون اینکه خطا ایجاد کند، غیرممکن می‌کند. این ویژگی ذاتی حالت‌های کوانتومی، امنیت زیرساخت‌های حیاتی مانند سوابق سلامت و بخش مالی را در برابر تلاش‌های هک تضمین می‌کند.

مزیت CV QKD سازگاری آن با زیرساخت های اینترنتی موجود، به ویژه شبکه های ارتباطی نوری است که بر انتقال داده ها از طریق نور مادون قرمز از طریق کابل های فیبر نوری متکی هستند. با استفاده از این فناوری تثبیت شده، CV QKD پتانسیل را برای پیاده سازی و عملیات مقرون به صرفه در دمای اتاق ارائه می دهد. پیشرفت اخیر در دستیابی به CV QKD از راه دور، امکاناتی را برای شبکه‌های ارتباطی امن در نهادهای دولتی باز می‌کند و ارتباطات ایمن کوانتومی بین شهرها را تسهیل می‌کند.

محققان بر چندین عاملی که تبادل کلیدهای رمزگذاری شده کوانتومی را در فواصل طولانی‌تر محدود می‌کند، غلبه کردند. تکنیک‌های یادگیری ماشین به شناسایی و کاهش اثرات نویز و اختلالاتی که می‌توانند حالت‌های کوانتومی در حال انتقال را تحریف یا تخریب کنند، کمک می‌کنند. علاوه بر این، تیم مکانیزم های تصحیح خطا را برای رسیدگی به خطاهای ناشی از نویز، تداخل یا نقص سخت افزاری بهبود بخشید.

به طور کلی، تحقیقات DTU نشان‌دهنده نقطه عطف مهمی در پیشرفت CV QKD است و راه را برای استقرار شبکه‌های دسترسی کوانتومی ایمن در فواصل زیاد  هموار می‌کند. با افزایش تهدید رایانه‌های کوانتومی، توانایی ایجاد کانال‌های ارتباطی امن کوانتومی برای حفاظت از اطلاعات حساس در بخش‌های مختلف حیاتی می‌شود.

منبع

Adnan A. E. Hajomer et al, Long-distance continuous-variable quantum key distribution over 100-km fiber with local local oscillator, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adi9474