211service.com
USA får endelig et hackersikkert kvantenetværk, som folk kan bruge
University of Chicago
For et par år siden lækkede Edward Snowden, en entreprenør, der arbejder for US National Security Agency, dokumenter, der viste måder, hvorpå efterretningstjenester spionerede på vores data. En af de mest slående afsløringer var, at spioner havde brugt fiberoptiske kabler for at overvåge de enorme mængder information, der strømmede gennem dem.
Snowdens afsløringer har ansporet til bestræbelser på at udnytte kvantevidenskabens næsten mystiske egenskaber for at gøre sådan hacking umulig. Nu er der tegn på fremskridt.
En startup kaldet Quantum Xchange siger, at den har indgået en aftale, der giver den adgang til 500 miles (805 kilometer) fiberoptisk kabel, der løber langs USA's østkyst for at skabe, hvad den hævder vil være landets første kvantenøgledistribution (QKD) netværk.
Også i denne uge annoncerede University of Chicago, Argonne National Laboratory og Fermi National Accelerator Laboratory et joint venture for at skabe en testseng for en tilgang til sikker datakommunikation ved hjælp af kvanteteleportation.
QKD-tilgangen brugt af Quantum Xchange fungerer ved at sende en kodet besked i klassiske bits, mens nøglerne til at afkode den sendes i form af kvantebits eller qubits. Disse er typisk fotoner, som bevæger sig let langs fiberoptiske kabler. Skønheden ved denne tilgang er, at ethvert forsøg på at snuse efter en qubit øjeblikkeligt ødelægger dens delikate kvantetilstand, udsletter den information, den bærer, og efterlader et tydeligt tegn på en indtrængen.
Den indledende del af netværket, der forbinder New York City med New Jersey, vil give banker og andre virksomheder mulighed for at sende information mellem kontorer på Manhattan og datacentre og andre steder uden for byen.
Men at sende kvantenøgler over lange afstande kræver betroede noder, som ligner repeatere, der booster signaler i et standard datakabel. Quantum Xchange siger, at det vil have 13 af disse langs sit fulde netværk. Ved noder dekrypteres nøgler til klassiske bits og returneres derefter til en kvantetilstand for videre transmission. I teorien kunne en hacker stjæle dem, mens de kortvarigt er sårbare.
Kvanteteleportering eliminerer denne risiko ved at udnytte et fænomen kendt som entanglement. Dette involverer at skabe et par qubits - igen, typisk fotoner - i en enkelt kvantetilstand. En ændring i en foton påvirker øjeblikkeligt tilstanden af den forbundne foton, selvom de er meget langt væk fra hinanden. I teorien kan datatransmission baseret på dette fænomen ikke hackes, fordi manipulation med en af qubits ødelægger deres kvantetilstand. (For en mere detaljeret beskrivelse af kvanteteleportation, se Inside Europes søgen efter at bygge et uhackbart kvanteinternet.)
Udfordringerne ved at få dette til at fungere i praksis er enorme, og tilgangen er stadig begrænset til videnskabelige laboratorier. At sende en foton ind i et stykke fiber er ikke en stor sag, siger David Awschalom, professor ved University of Chicago, men at skabe og opretholde sammenfiltring er virkelig udfordrende. Det gælder især over langdistance kabelnetværk.
David Awschalom University of Chicago
Awschalom leder initiativet involverer universitetet og de nationale laboratorier. Målet, siger han, er at få testlejet til at muliggøre en plug-and-play tilgang, der vil lade forskere evaluere forskellige teknikker til at sammenfiltre og udsende qubits.
Testsengen, som vil blive bygget med flere millioner dollars fra det amerikanske energiministerium og bruge en 30-mils strækning af fiberoptisk kabel, der løber mellem laboratorierne, vil blive betjent af medlemmer af Chicago Quantum Exchange, som samler 70 videnskabsmænd og ingeniører fra de tre institutioner.
Både Europa og Kina eksperimenterer også med kvantekommunikationsnetværk. Awschalom synes, det er godt med sund konkurrence i feltet. Andre lande har skubbet frem for at bygge [kvante] infrastruktur, siger han. Nu gør vi det samme.