De wereld is een stap dichter bij een volledig veilig internet en een antwoord op de groeiende dreiging van cyberaanvallen, dankzij een team van internationale wetenschappers die een uniek prototype hebben gemaakt dat de manier waarop we online communiceren zou kunnen veranderen.

De uitvinding geleid door de Universiteit van Bristol, vandaag onthuld in het journaal wetenschappelijke vooruitgang , heeft het potentieel om miljoenen gebruikers te bedienen, wordt beschouwd als het grootste kwantumnetwerk ooit in zijn soort, en kan worden gebruikt om de online communicatie van mensen te beveiligen, vooral in deze door internet geleide tijden die worden versneld door de COVID-19-pandemie.

Door een nieuwe techniek toe te passen, gebruik maken van de eenvoudige wetten van de fysica, het kan berichten volledig beschermen tegen onderschepping en tegelijkertijd grote uitdagingen overwinnen die voorheen beperkte vooruitgang in deze weinig gebruikte maar veel gehypte technologie hebben.

Hoofdauteur Dr. Siddarth Joshi, die het project leidde bij de Quantum Engineering Technology (QET) Labs van de universiteit, zei:"Dit is een enorme doorbraak en maakt het kwantuminternet een veel realistischer voorstel. Tot nu toe, het bouwen van een kwantumnetwerk heeft enorme kosten met zich meegebracht, tijd, en bron, evenals vaak compromissen sluiten over de veiligheid die het hele doel verslaat."

"Onze oplossing is schaalbaar, relatief goedkoop en Het belangrijkste van alles, onneembaar. Dat betekent dat het een opwindende game changer is en de weg vrijmaakt voor een veel snellere ontwikkeling en wijdverbreide uitrol van deze technologie."

Het huidige internet vertrouwt op complexe codes om informatie te beschermen, maar hackers zijn steeds bedrevener in het te slim af zijn van dergelijke systemen, wat leidt tot cyberaanvallen over de hele wereld die grote inbreuken op de privacy en fraude veroorzaken die jaarlijks in de biljoenen ponden oplopen. Aangezien dergelijke kosten naar verwachting dramatisch zullen stijgen, de argumenten voor het vinden van een alternatief zijn zelfs nog dwingender en kwantum wordt al tientallen jaren geprezen als de revolutionaire vervanging van standaard versleutelingstechnieken.

Tot nu toe hebben natuurkundigen een vorm van veilige encryptie ontwikkeld, bekend als kwantumsleuteldistributie, waarin lichtdeeltjes, fotonen genoemd, worden verzonden. Het proces stelt twee partijen in staat om te delen, zonder risico op onderschepping, een geheime sleutel die wordt gebruikt om informatie te coderen en te decoderen. Maar tot op heden is deze techniek alleen effectief geweest tussen twee gebruikers.

"Tot nu toe hebben de inspanningen om het netwerk uit te breiden een enorme infrastructuur en een systeem met zich meegebracht waarvoor voor elke extra gebruiker een andere zender en ontvanger moet worden gemaakt. Berichten op deze manier delen, bekend als vertrouwde knooppunten, is gewoon niet goed genoeg omdat het zoveel extra hardware gebruikt die zou kunnen lekken en niet langer volledig veilig zou zijn, ' zei dokter Joshi.

De kwantumtechniek van het team past een schijnbaar magisch principe toe, verstrengeling genoemd, die Albert Einstein omschreef als 'spookachtige actie op afstand'. Het maakt gebruik van de kracht van twee verschillende deeltjes die op verschillende locaties zijn geplaatst, mogelijk duizenden kilometers van elkaar verwijderd, om elkaar tegelijkertijd na te bootsen. Dit proces biedt veel grotere kansen voor kwantumcomputers, sensoren, en informatieverwerking.

"In plaats van het hele communicatiesysteem te moeten repliceren, deze nieuwste methode, genaamd multiplexen, splitst de lichtdeeltjes, uitgezonden door een enkel systeem, zodat ze efficiënt door meerdere gebruikers kunnen worden ontvangen, ' zei dokter Joshi.

Het team creëerde een netwerk voor acht gebruikers met slechts acht ontvangerboxen, terwijl bij de eerste methode het aantal gebruikers vele malen zou moeten worden vermenigvuldigd - in dit geval in totaal 56 dozen. Naarmate het aantal gebruikers groeit, de logistiek wordt steeds onhaalbaarder - 100 gebruikers zouden bijvoorbeeld 9 nemen 900 ontvangerboxen.

Om de functionaliteit over afstand te demonstreren, de ontvangerboxen waren via verschillende locaties in Bristol verbonden met optische vezels en de mogelijkheid om berichten te verzenden via kwantumcommunicatie werd getest met behulp van het bestaande glasvezelnetwerk van de stad.

"Behalve dat het volledig veilig is, de schoonheid van deze nieuwe techniek is de gestroomlijnde behendigheid, die minimale hardware vereist omdat het integreert met bestaande technologie, ' zei dokter Joshi.

Het unieke systeem van het team bevat ook verkeersbeheer, het leveren van betere netwerkcontrole waardoor, bijvoorbeeld, bepaalde gebruikers krijgen prioriteit met een snellere verbinding.

Terwijl eerdere kwantumsystemen jaren nodig hadden om te bouwen, ten koste van miljoenen of zelfs miljarden ponden, dit netwerk werd binnen enkele maanden gecreëerd voor minder dan £ 300, 000. De financiële voordelen groeien naarmate het netwerk groter wordt, dus terwijl 100 gebruikers van eerdere kwantumsystemen ongeveer £ 5 miljard zouden kunnen kosten, Dr. Joshi gelooft dat multiplextechnologie dat kan verlagen tot ongeveer £ 4,5 miljoen, minder dan 1 procent.

In de afgelopen jaren is kwantumcryptografie met succes gebruikt om transacties tussen bankcentra in China te beschermen en stemmen veilig te stellen bij Zwitserse verkiezingen. Toch werd de bredere toepassing ervan tegengehouden door de enorme omvang van de middelen en kosten die ermee gemoeid zijn.

"Met deze schaalvoordelen, het vooruitzicht van een kwantuminternet voor universeel gebruik is veel minder vergezocht. We hebben het concept bewezen en door onze multiplexmethoden verder te verfijnen om bronnen in het netwerk te optimaliseren en te delen, we zouden kunnen kijken naar het dienen van niet alleen honderden of duizenden, maar mogelijk miljoenen gebruikers in de niet al te verre toekomst, ' zei dokter Joshi.

"De gevolgen van de COVID-19-pandemie hebben niet alleen het belang en het potentieel van internet aangetoond, en onze groeiende afhankelijkheid ervan, maar ook hoe de absolute veiligheid ervan voorop staat. Multiplexing-verstrengeling zou de essentiële sleutel kunnen zijn om van deze beveiliging een broodnodige realiteit te maken."