Több szakportál is beszámolt arról a tanulmányról, amelyben egy kutatócsapatnak sikerült olyan kvantumkulcs-elosztási protokollt kidolgozni, amely egy lépéssel közelebb hozta a kvantumtitkosítási megoldások elterjedését. (Akit érdekel a felfedezés minden technikain részlete, a Science Advances oldalán a teljes tanulmányt olvashatja.) A kutatócsapatnak egy nagyon fontos problémára sikerült megoldás találnia: elfogadható szintre tudták gyorsítani a kulcselosztást. (A kutatást nem túl meglepő módon az USA védelmi szervei, a haditengerészet és a DARPA finanszírozta.) A másik fontos eredmény, hogy az eddigi kvantumtitkosítási eljárásokat csak optikai kábelen tudták bevetni, itt viszont levegőn keresztül is működik a dolog.

Mi a baj a titkosítással? Elsősorban az, hogy sokszor nehézkes az alkalmazása és lassítja a folyamatokat. Egy valós idejű kommunikáció esetében például komoly késleltetési tényezővé válhat, ezért sokan inkább vállalják a kockázatot. Ezért is fontosak a kvantumtitkosítás jövőjét illetően a kutatócsoport mostani eredményei. Az elvileg feltörhetetlen titkosítási folyamatot ugyanis sikerült olyannyira felgyorsítani, hogy azt elméletileg akár valós idejű hangkommunikációnál is alkalmazható lenne.

A kvantumok és az információ

Hogy miért olyan égető kérdés ez? Két okból is: egyrészt ha valósággá válik a kvantumszámítógép, az olyan hatalmas számítási kapacitást jelent, hogy a hagyományos (matematikai eljárásokon, különböző bonyolult függvényeken) alapuló titkosítási eljárások nem jelentenek számára akadályt. (Nem véletlen, hogy a Google már igyekszik erre a korszakra is felkészülni, például a Chrome esetében.) Másrészt: amióta létezik titkosítás (gyakorlatilag az emberi kommunikáció kialakulása óta), az ember szeretne végleges és az illetéktelenek számára visszafejhetetlen megoldást adni a titkosításra.

A hagyományos matematikai eljárásokat követő müdszerek esetében (ilyen pl. az RSA algoritmus is) a prímfelbontáson alapul a titkosítás. Ilyenkor a kulcs visszafejtése lényegében egy nagyon nagy szám prímtényezőkre bontásával oldaható meg. Az hogy mégsem választják a feltörésnél ezt az utat, egyszerűen az időfaktor miatt van. Például az RSA-768 kulcsot (768 bites titkosítás) két év munkájával sikerült visszafejtenie egy csapatnak. Ez akkora munka, hogy például egy 2,2 GHz-es AMD Opteron processzorral nagyjából kétezer évig tartott volna.

Ahogy gyorsultak a gépek, csökkent a visszafejtéshez szükséges idő, amit viszont a kulcs méretének növekedésével lehet ellensúlyozni. Jelenleg RSA-2048-as kulcsot ajánlanak a biztonsághoz, de továbbra is probléma – azaz gyengíti a biztonságot – hogy nem bizonyított, hogy nincs elég gyors algoritmus a prímfelbontásra, azaz a kulcs méretét folyamatosan növelni kell. Ha pedig megjönnek a kvantumszámítógépek, mindez semmit sem ér.

Ezért is értékelődött fel a kvantumtitkosítás.

A kvantumtitkosítás – már ha megvalósítható – tökéletes. A Heisenberg-féle bizonytalansági elv miatt ugyanis egy részecske nem figyelhető meg anélkül, hogy azzal ne befolyásolnánk (módosítanánk) a rendszert, amivel értelemszerűen megváltoztatjuk a belőle kiolvasható információkat. (Ezt a problémát boncolgatta Erwin Schrödinger híres gondolatkísérlete, ami "Schrödinger macskája" néven vonult be a köztudatba.)

Azt, hogy mindezt hogyan lehet alkalmazni a titkosításban, már több mint harminc éve kidolgozták, az első gyakorlatban is működő rendszert azonban csak 2008-ban mutatták be. Ez egy 200 km-es optikai kábelen úgy biztosította az adattovábbítást, hogy a rendszer érzékelte a beavatkozási kísérletet, és azonnal leállított minden adatcsomagot. A probléma csupán annyi volt, hogy maga a biztonsági rendszer nagyon specifikus volt – azaz általános felhasználásra alkalmatlan –, valamint olyannyira drága, hogy elterjedésére semmi esély sem volt.

Azóta azonban egy sor olyan eredmény született, amely kéznyújtásnyira hozta a megoldást. A Toshiba már két éve bejelentette, hogy kereskedelmi forgalomra érett a saját fejlesztése – bár azóta nem nagyon hallani a megoldásáról. Kínai tudósok például a közelmúltban műholddal hoztak létre kvantumkapcsolatot.

Szűk keresztmetszetek

A mostani kísérlet sem ad minden meglévő problémára megoldást, de két területen mindenképpen fontos áttörést hozhat. Az egyik a fentebb már említett sebesség, amit azzal tudtak növelni, hogy sikerült két bitet kódolni gyenge lézer használatával egy fotonba (normál esetben egy fotonhoz csak egy bit tartozhatott). A rendszerben nagy sebességű fotondetektorokat alkalmaznak, ami szintén újdonság, de egyben a rendszer gyenge pontja is: a transzmitter/vevő egység ugyanis egyelőre túlságosan nagy, kábé akkora, mint egy számítógép. Így viszont egyelőre nem lehet bárhol alkalmazni.