Το κβαντικό Ιντερνετ είναι γεγονός

Ενα από τα μεγαλύτερα όνειρα των ειδικών ασφαλείας είναι η δημιουργία του «κβαντικού Ιντερνετ», ενός δικτύου δηλαδή που θα επιτρέπει απολύτως ασφαλή επικοινωνία, η οποία θα βασίζεται στους νόμους της κβαντικής μηχανικής.

Η βασική ιδέα είναι ότι η πράξη της μέτρησης ενός κβαντικού αντικειμένου, όπως ένα πρωτόνιο, πάντα το αλλάζει. Συνεπώς οποιαδήποτε προσπάθεια να «κρυφοκοιτάξει» κανείς ένα κβαντικό μήνυμα δεν μπορεί παρά να αφήσει αποδεικτικά στοιχεία υποκλοπής, που θα μπορεί να δει ο παραλήπτης του μηνύματος. Αυτό επιτρέπει σε οποιονδήποτε να στείλει μια κρυπτογράφηση ΟΡΤ (one-time pad) μέσω ενός κβαντικού δικτύου, το οποίο στη συνέχεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ασφαλή επικοινωνία με τη χρήση συμβατικής επικοινωνίας.

Ολο αυτό εξασφαλίζει απολύτως ασφαλή αποστολή μηνυμάτων, γνωστή και ως κβαντική κρυπτογραφία και είναι πραγματικά μια εξαιρετικά απλή τεχνική για οποιοδήποτε εργαστήριο κβαντικής οπτικής. Οντως, η εταιρεία ID Quantique (www.idquantique.com) διαθέτει προς πώληση ένα σύστημα που μπορεί να προμηθευτεί οποιοσδήποτε και το οποίο έχει αρχίσει να προσελκύει τράπεζες και άλλους οργανισμούς που ενδιαφέρονται για απόλυτη ασφάλεια στις επικοινωνίες τους.

Περιορισμοί

Αυτά τα συστήματα έχουν, ωστόσο, ένα σημαντικό περιορισμό. Η σημερινή γενιά κβαντικής κρυπτογραφίας αποτελείται από συνδέσεις μεταξύ δύο σημείων κατά μήκος μιας οπτικής ίνας. Ετσι μπορούν να στείλουν ασφαλή μηνύματα από το σημείο Α στο σημείο Β, αλλά δεν μπορούν να κατευθύνουν αυτή την πληροφορία πιο πέρα στα σημεία C, D, Ε ή F. Και αυτό, γιατί η πράξη της αποστολής ενός μηνύματος σημαίνει την ανάγνωση ενός τμήματός του, το οποίο υποδεικνύει για πού προορίζεται. Και αυτό αναπόφευκτα το αλλάζει, τουλάχιστον με τη χρήση των συμβατικών ρούτερ. Αυτό κάνει αδύνατη τη λειτουργία ενός κβαντικού Ιντερνετ με τη σημερινή τεχνολογία.

Διάφορες ερευνητικές ομάδες επιδίδονται σε αγώνα δρόμου, προκειμένου να αναπτύξουν κβαντικά ρούτερ που θα λύσουν το συγκεκριμένο πρόβλημα, κατευθύνοντας τα κβαντικά μηνύματα χωρίς να τα αλλοιώνουν. Η αλήθεια όμως είναι ότι αυτές οι συσκευές έχουν ακόμη δρόμο μέχρι να αποτελέσουν εμπορική πραγματικότητα.

Κομβικό... σημείο

Πρόσφατα, ο Ρίτσαρντ Χιουγκ και άλλοι ειδικοί στα Εθνικά Εργαστήρια των ΗΠΑ στο Λος Αλαμος του Νέου Μεξικού αποκάλυψαν ένα εναλλακτικό κβαντικό Ιντερνετ, το οποίο ισχυρίζονται ότι λειτουργεί εδώ και δυόμισι χρόνια. Η προσέγγισή τους στο πρόβλημα αφορά τη δημιουργία ενός κβαντικού δικτύου που θα βασίζεται σε έναν κεντρικό κόμβο και ένα ακτινωτό δίκτυο γύρω του. Ολα τα μηνύματα κατευθύνονται από οποιοδήποτε σημείο του δικτύου σε ένα άλλο μέσω του κεντρικού κόμβου.

Δεν είναι η πρώτη φορά που δοκιμάζεται αυτού του είδους η προσέγγιση στο πρόβλημα. Η ιδέα είναι ότι τα μηνύματα προς τον κεντρικό κόμβο βασίζονται στο σύνηθες επίπεδο κβαντικής ασφάλειας. Ωστόσο, ενώ βρίσκονται στον κεντρικό κόμβο, μετατρέπονται σε συμβατικά κλασικά bits και μετά ξαναμετατρέπονται σε κβαντικά bits, προκειμένου να αποσταλούν και να διανύσουν το δεύτερο μισό του ταξιδιού τους προς τον παραλήπτη. Συνεπώς όσο ο κεντρικός κόμβος είναι ασφαλής, τότε και το δίκτυο πρέπει να είναι ασφαλές. Το πρόβλημα με αυτή την προσέγγιση είναι η επέκτασή του σε άλλη κλίμακα. Καθώς ο αριθμός των συνδέσεων στον κεντρικό κόμβο αυξάνει, αυξάνει όλο και περισσότερο η δυσκολία διαχείρισης όλων των πιθανών συνδέσεων που μπορούν να γίνουν μεταξύ ενός σημείου του δικτύου με κάποιο άλλο.

Καινοτομία

Ο Χιουγκ και οι συνεργάτες του υποστηρίζουν ότι έλυσαν αυτό το πρόβλημα με τη μοναδική τους προσέγγιση, η οποία εφοδιάζει κάθε κόμβο του δικτύου με κβαντικούς πομπούς -π.χ. με λέιζερ- αλλά χωρίς ανιχνευτές πρωτονίων, που είναι ακριβοί και ογκώδεις. Μόνο ο κεντρικός κόμβος έχει τη δυνατότητα να λαμβάνει κβαντικά μηνύματα (αν και όλοι οι κόμβοι του δικτύου μπορούν να στέλνουν και να παραλαμβάνουν συμβατικά μηνύματα με το συνήθη τρόπο).

Αυτό μπορεί να ακούγεται περιοριστικό, αλλά και πάλι επιτρέπει σε κάθε κόμβο να στέλνει δέσμες πληροφοριών μιας χρήσης στον κεντρικό κόμβο, τον οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιεί, για να επικοινωνήσει με ασφάλεια μέσω ενός κλασικού συνδέσμου. Ο κεντρικός κόμβος μπορεί τότε να κατευθύνει το μήνυμα σε έναν άλλο κόμβο, χρησιμοποιώντας μια νέα δέσμη μιας χρήσης που έχει φτιάξει με αυτόν το δεύτερο κόμβο. Ετσι, ολόκληρο το δίκτυο είναι ασφαλές, υπό την προϋπόθεση ότι ο κεντρικός κόμβος είναι επίσης ασφαλής.

Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτού του συστήματος είναι ότι καθιστά την τεχνολογία που απαιτείται σε κάθε κόμβο εξαιρετικά απλή -κατ' ουσίαν απαιτείται κάτι παραπάνω από ένα απλό λέιζερ. Στην πράξη, το Λος Αλαμος έχει ήδη σχεδιάσει και κατασκευάσει μονάδες έτοιμες για συναρμολόγηση, που είναι περίπου στο μέγεθος ενός σπιρτόκουτου. «Η επόμενη γενιά της μονάδας θα είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερη σε κάθε γραμμική διάσταση», δηλώνουν. Ο τελικός στόχος τους είναι να έχουν μία από αυτές τις μονάδες ενσωματωμένη σχεδόν σε κάθε συσκευή συνδεδεμένη σε ένα δίκτυο οπτικών ινών, όπως τηλεοράσεις, οικιακούς υπολογιστές κ.λπ., ώστε να είναι εφικτή η απολύτως ασφαλής αποστολή μηνυμάτων.

Εχοντας τρέξει αυτό το σύστημα επί δύο χρόνια τώρα, στο Λος Αλαμος πιστεύουν στην αποτελεσματικότητά του. Βέβαια, το δίκτυο δεν μπορεί ποτέ να είναι ασφαλέστερο από τον κεντρικό κόμβο του και αυτός είναι ένας σημαντικός περιορισμός της συγκεκριμένης προσέγγισης. Εν αντιθέσει, ένα καθαρά κβαντικό Ιντερνετ θα έπρεπε να επιτρέπει απολύτως ασφαλή επικοινωνία από οποιοδήποτε σημείο του δικτύου σε οποιοδήποτε άλλο.

Ενα άλλο πρόβλημα είναι ότι η συγκεκριμένη προσέγγιση θα γίνει παρωχημένη τη στιγμή που τα κβαντικά ρούτερ θα γίνουν εμπορικά βιώσιμα. Συνεπώς, το αν θα προσελκύσει επενδυτές το εγχείρημα εξαρτάται από το αν θα κάνουν απόσβεση στα χρήματα που έδωσαν, προτού συμβεί αυτό. Οπως φαίνεται, δεν θα χρειαστεί να περιμένουν πολύ για να το διαπιστώσουν...

* Το κείμενο βασίζεται στην επιστημονική ανακοίνωση: Network-Centric Quantum Communications with Application to Critical Infrastructure Protection (arxiv.org/abs/1305.0305)

ΠΗΓΗ