Kina nyligen lanserad en satellit i omloppsbana med en unik egenskap: den har förmågan att skicka information säkert, inte med matematisk kryptering utan genom att använda fysikens grundläggande lagar. Kina kommer att vara det första landet att uppnå denna bedrift, och det markerar en milstolpe i utvecklingen av kvantteknologi.

Smakämnen nästa revolution inom teknik lovar att omfamna grundläggande fysiklagar för att göra det möjligt för enheter att utföra operationer som ligger utanför gränserna för nuvarande elektronik. Kvantdatorernas potential att ta itu med några av de mest komplexa matematiska problem är väldigt spännande. Men informationssäkerhet som tillhandahålls av kvantkommunikation kan vara lika viktig.

Vårt samhälle är starkt beroende av digital kommunikation. Under de senaste tre åren har vi skickat mer information via internet än vad som hade kommunicerats i hela mänsklighetens historia före denna period. En stor del av denna data är känslig och vi vill ofta hålla den från nyfikna ögon. Men hur kan vi lita på kommunikation över internet när den förlitar sig på data som färdas i kedjor av potentiellt okända datorer? Att ta en plats på en av dessa kedjor och snoka på data när den passerar verkar alltför lätt.

Den nuvarande lösningen på denna kommunikationsutmaning är att använda komplex matematik i en serie algoritmer som kallas public key kryptografi. Men den ökande kraften hos datorer och hackarnas uppfinningsrikedom öppnar upp för fler och fler sprickor i denna matematiska rustning. En idealisk lösning på detta problem skulle ge bevisbar informationssäkerhet, vilket garanterar säkerheten för vår personliga information. Det är här kvantfysiken kliver in.

Laserteknik

Teknologin ombord på Kinas nya satellit är enkel i design och nästan magisk i drift. En speciell kristall delar en laser i två strålar som sedan riktas till oberoende mottagningsstationer på jorden. Dessa strålar delar en egenskap hos kvantmekaniken som kallas intrassling, som länkar dem samman även när de är långt ifrån varandra. Åtgärder som utförs på den ena strålen kommer också att påverka den andra strålen.

Tricket för att säkra kommunikationen ligger i detta udda förhållande mellan de två strålarna. Länken används för att skicka slumpmässig data från en mottagande station till den andra. Dessa data kan samlas in och användas, huvudsakligen som ett komplext lösenord, för att kryptera data som skickas över en offentlig kanal som internet. Denna kommunikationsmetod uppfanns av en berömd kvantfysiker, Artur Ekert. Avgörande är det visat sig vara säker mot avlyssning och hackning. Kvantfysik kan inte luras, luras eller omvänd konstrueras, till skillnad från den komplexa matematiken i konventionell kryptografi.

Kinas nya satellit är ett viktigt steg mot verkligt säker kommunikation, eftersom den tillåter att kvantdata skickas över extrema avstånd mellan två olika platser. För tillfället, med bara en satellit, är teknikens möjligheter begränsade, men det är lätt att se hur den kommer att skala upp när fler satelliter skjuts upp och prestandan förbättras.

Nästa viktiga bit i detta pussel ligger i den motsatta änden av längdskalan. Majoriteten av kommunikationen flyter längs kedjor, och styrkan i en kedja är bara så god som dess svagaste länk. För praktisk kvantkommunikation behöver vi enheter integrerade i våra datorer och smartphones som utbyter data på ett liknande sätt som kvantsatelliten. Dessa enheter är tack och lov precis runt hörnet. Om några år kan vi se tillbaka på digital avlyssning och omfattande informationsintrång från databaser som ett problem begravt i det förflutna.

Om författaren

Robert Young, läsare av Quantum Information, Lancaster University

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

Relaterade böcker:

at InnerSelf Market och Amazon