Ngatërrimi kuantik e bën komunikimin kuantik edhe më të sigurt

Komunikimi i fshehtë sapo u bë më i sigurt, falë ngatërrimit kuantik.

Fizika kuantike ofron një mënyrë për të shkëmbyer informacione sekrete që është provuar matematikisht se janë të sigurta nga sytë kureshtarë të spiunëve. Por deri më tani, demonstrimet e teknikës, të quajtur shpërndarja kuantike e çelësit, mbështeteshin në një supozim: pajisjet e përdorura për të krijuar dhe matur grimcat kuantike duhet të dihen se janë të përsosura. Defektet e fshehura mund të lejojnë që një snoop i fshehtë të depërtojë në siguri pa u vënë re.

Tani, tre ekipe studiuesish kanë demonstruar aftësinë për të kryer komunikim të sigurt kuantik pa konfirmim paraprak se pajisjet janë të pagabueshme. E quajtur shpërndarja e çelësave kuantike e pavarur nga pajisja, metoda bazohet në ngatërrimin kuantik, një marrëdhënie misterioze midis grimcave që lidh vetitë e tyre edhe kur ndahen në distanca të gjata.

Në komunikimin e përditshëm, siç është transmetimi i numrave të kartave të kreditit përmes internetit, një kod ose çelës sekret përdoret për të ngatërruar informacionin, në mënyrë që të mund të lexohet vetëm nga dikush tjetër me çelës. Por ka një telash: si mundet një dërgues dhe marrës i largët ta ndajnë atë çelës me njëri-tjetrin duke u siguruar që askush tjetër nuk e ka kapur gjatë rrugës?

Fizika kuantike ofron një mënyrë për të ndarë çelësat duke transmetuar një sërë grimcash kuantike, të tilla si grimcat e dritës të quajtura fotone, dhe duke kryer matje mbi to. Duke krahasuar shënimet, përdoruesit mund të jenë të sigurt se askush tjetër nuk e ka kapur çelësin. Ata çelësa sekretë, pasi të vendosen, mund të përdoren më pas për të enkriptuar inteligjencën e ndjeshme (SN: 12/13/17). Për krahasim, siguria standarde e internetit mbështetet në një themel relativisht të lëkundur të problemeve matematikore që janë të vështira për t’u zgjidhur nga kompjuterët e sotëm, të cilat mund të jenë të cenueshme ndaj teknologjisë së re, përkatësisht kompjuterëve kuantikë (SN: 6/29/17).

Por komunikimi kuantik zakonisht ka një kapje. “Nuk mund të ketë ndonjë defekt që është i paparashikuar,” thotë fizikani kuantik Valerio Scarani i Universitetit Kombëtar të Singaporit. Për shembull, thotë ai, imagjinoni që pajisja juaj supozohet të lëshojë një foton, por të panjohur për ju, ajo lëshon dy fotone. Çdo defekt i tillë do të nënkuptonte se prova matematikore e sigurisë nuk qëndron më. Një haker mund të nuhasë çelësin tuaj sekret, edhe pse transmetimi duket i sigurt.

Shpërndarja e çelësave kuantikë të pavarur nga pajisja mund të përjashtojë të meta të tilla. Metoda bazohet në një teknikë kuantike të njohur si një test Bell, i cili përfshin matjet e grimcave të ngatërruara. Teste të tilla mund të vërtetojnë se mekanika kuantike ka vërtet veti “drithëruese”, domethënë jolokalitet, ideja që matjet e një grimce mund të lidhen me ato të një grimce të largët. Në vitin 2015, studiuesit kryen testet e para të Bell-it “pa zbrazëtira”, të cilat vërtetuan pa dyshim se natyra kundërintuitive e fizikës kuantike është reale (SN: 12/15/15).

“Testi Bell në thelb vepron si një garanci,” thotë Jean-Daniel Bancal nga CEA Saclay në Francë. Një pajisje me defekt do të dështonte në test, kështu që “mund të konkludojmë se pajisja po funksionon siç duhet”.

Në studimin e tyre, Bancal dhe kolegët përdorën atome të stronciumit të ngatërruar, të ngarkuar elektrikisht, të ndarë me rreth dy metra. Matjet e këtyre joneve vërtetuan se pajisjet e tyre po silleshin siç duhet, dhe studiuesit krijuan një çelës sekret, raporton ekipi në Nature të 28 korrikut.

Në mënyrë tipike, komunikimi kuantik është menduar për dërgime në distanca të gjata. (Për të ndarë një sekret me dikë dy metra larg, do të ishte më e lehtë të ecje thjesht nëpër dhomë.) Kështu Scarani dhe kolegët studiuan atomet e ngatërruar të rubidiumit 400 metra larg njëri-tjetrit. Instalimi kishte atë që duhej për të prodhuar një çelës sekret, raportojnë studiuesit në të njëjtin numër të Nature. Por ekipi nuk e ndoqi procesin deri në fund: Distanca shtesë nënkuptonte se prodhimi i një çelësi do të kishte marrë muaj.

Në studimin e tretë, të botuar në Physical Review Letters të 29 korrikut, studiuesit grindën fotonet e ngatërruara dhe jo atomet ose jonet. Fizikanti Wen-Zhao Liu i Universitetit të Shkencës dhe Teknologjisë të Kinës në Hefei dhe kolegët e tij demonstruan gjithashtu aftësinë për të gjeneruar çelësa, në distanca deri në 220 metra. Kjo është veçanërisht sfiduese për të bërë me fotonet, thotë Liu, sepse fotonet shpesh humbasin në procesin e transmetimit dhe zbulimit.

Testet e Bell-it pa zbrazëti nuk janë tashmë një arritje e lehtë dhe këto teknika janë edhe më sfiduese, thotë fizikani Krister Shalm i Institutit Kombëtar të Standardeve dhe Teknologjisë në Boulder, Colo. arritje mbresëlënëse për të qenë në gjendje të demonstrosh disa nga këto aftësi”, thotë Shalm, i cili shkroi një perspektivë në të njëjtin numër të Nature.

Kjo do të thotë se teknika nuk do të ketë përdorim praktik së shpejti, thotë fizikani Nicolas Gisin nga Universiteti i Gjenevës, i cili nuk ishte i përfshirë në hulumtim.

Megjithatë, shpërndarja e çelësave kuantikë të pavarur nga pajisja është “një ide krejtësisht magjepsëse”, thotë Gisin. Testet e ziles u krijuan për t’iu përgjigjur një pyetjeje filozofike në lidhje me natyrën e realitetit – nëse fizika kuantike është vërtet aq e çuditshme sa duket. “Të shohësh që kjo tani bëhet një mjet që mundëson diçka tjetër”, thotë ai, “kjo është bukuria”.