Onderzoekers van de UT hebben een nieuwe manier gevonden om data te beschermen tegen aanvallen met kwantumcomputers. Zoals ze vandaag publiceerden in Nieuw tijdschrift voor natuurkunde . Met de opkomst van kwantumcomputers, we kunnen niet langer uitsluiten dat een kwantumcomputer zo krachtig wordt dat hij bestaande cryptografie kan doorbreken. Enkele lichtdeeltjes worden al gebruikt om gegevens te beschermen, maar de transmissie van één bit per foton is traag. Pepijn Pinkse leidde het experiment om de transmissiesnelheid te verhogen tot zeven bits per foton.

Computers gebruiken cryptografie om hun communicatie te beveiligen. Bijvoorbeeld, de communicatie tussen uw telefoon en uw bank om geld over te maken moet veilig zijn om te voorkomen dat criminelen het bericht wijzigen en de bank vertellen geld over te maken naar een andere bankrekening. Een kwantumcomputer zou in theorie, bestaande cryptografie doorbreken. Maar tot voor kort, de demonstratie dat een kwantumcomputer alles kan wat een snelle klassieke computer niet kan, was uitstekend. Dit punt noemen we 'kwantum suprematie'.

Quantum suprematie

Onlangs, Google claimde in Nature een experimenteel bewijs van deze "kwantum suprematie, " hoewel met een berekening die geen praktisch nut heeft. Niettemin, we kunnen de mogelijkheid niet langer uitsluiten dat kwantumcomputers zo krachtig worden dat ze bestaande cryptografie breken, aangezien er bekende kwantumalgoritmen zijn die de meest gebruikte cryptografische methoden van vandaag breken. Gelukkig, kwantumtechnologie biedt ook oplossingen. Met Quantum Key Distribution (QKD) kan men veilig geheime sleutels opbouwen tussen een zender en een ontvanger. Dit is geen sciencefiction. Commerciële QKD-systemen zijn verkrijgbaar bij verschillende leveranciers en in de ruimte gebaseerde versies zijn al geïmplementeerd.

Vergroot de kwantumalfabetten

Standaard QKD-systemen gebruiken enkelvoudige lichtdeeltjes - fotonen - die zich in een van de twee mogelijke toestanden bevinden, bijvoorbeeld horizontaal of verticaal gepolariseerd. Dit beperkt de transmissie tot één bit per foton. In zekere zin, de fotonen zijn gecodeerd in een alfabet van slechts twee letters:a en b.

Onderzoekers van de UT verhoogden dit aantal nu met meer dan duizend brieven. Dit verhoogt de weerstand tegen ruis en verhoogt mogelijk de datasnelheid. Ze bereikten dit door de kwantuminformatie te coderen in 10 ²⁴ mogelijke locaties van de gebruikte fotonen. Om het voor een aanvaller moeilijk te maken om te zien wat er is verzonden, ze wisselen de codering willekeurig tussen twee verschillende alfabetten.

Nederlands spreken in een Chinese vergaderruimte

Pepijn Pinkse, wie leidde het experiment, legt uit:"Het is alsof je probeert te raden wat er in twee vergaderruimten wordt gesproken. In de ene ruimte is de vergadertaal Chinees en in de andere Nederlands, maar je weet het niet voordat je binnenkomt. Als een Nederlandstalige de Chinese kamer kiest, hij begrijpt er niets van, al zijn de colleges voor een Chinees spreker glashelder. Bij onze methode de afzender gebruikt twee talen en schakelt er willekeurig tussen. Ook schakelt de ontvanger tussen het luisteren in de ene of de andere taal. Alleen als de talen samenvallen, bruikbare stukjes worden overgebracht. Het tegelijkertijd luisteren naar beide talen is verboden door fundamentele natuurwetten."

Door deze techniek samen met zeer zwak licht toe te passen, een videoprojectorchip en een moderne camera voor het detecteren van één foton, de onderzoekers toonden aan dat ze tot zeven veilige bits per foton konden verzenden. Hun resultaten worden op 18 december gepubliceerd in Nieuw tijdschrift voor natuurkunde in hun paper getiteld "Large-alphabet quantum key distribution using spatially gecodeerd licht."