Kuantum hesaplamanın ortaya çıkışı ve kuantum mekaniğinin temel özelliklerinden yararlanarak hesaplamaları inanılmaz bir hızla çözme yeteneği dünyamızda devrim yaratabilir. Ancak bu kuantum geleceği, veri güvenliği için ne anlama geliyor?
Kuantum hesaplama, test laboratuvarından gerçek dünyaya evrilirken, bu benzeri görülmemiş yeni bilgi işlem gücü biçimi, Rivest-Shamir-Aleman (RSA) ve eliptik eğri gibi mevcut şifreleme ve açık anahtarlı şifreleme (PKC) biçimleri için büyük etkilere sahiptir. kriptografi (ECC). Mevcut dijital bilgisayarlardan daha hızlı büyüklükteki büyük veri dizilerini analiz edebilen kuantum hesaplamanın işleme yeteneklerine karşı, bu şifreleme biçimleri esasen kötü aktörlere karşı savunmasız hale gelecektir.
Kuantum sonrası gelecekte, hassas dijital bilgilerin gelecek kuantum İnternet’te güvenli ve güvenli bir şekilde dağıtılmasını sağlamak için kuantum fiziği kuralları üzerine inşa edilen kriptografi çözümleri çok önemlidir. Bu daha güvenli kuantum bilişim geleceğinin temel direklerinden birine, iki konum arasında aynı anda güvenli şifreleme için şifreleme anahtarları türetmek üzere fiziğin temel özelliklerini kullanan kuantum anahtar dağıtımı (QKD) adı verilir.
Fotonların Gücünden Yararlanmak
Fiziksel düzeyde, RSA ve ECC gibi günümüzün yaygın şifreleme teknikleri için anahtar alışverişi sırasında gönderilen veri bitleri, büyük foton darbeleri veya voltajlardaki değişiklikler kullanılarak kodlanır. QKD ile her şey, algılamaya izin veren ve başarılı gizli dinlemeyi önleyen kuantum mekanik özelliklere dayanarak tek bir foton üzerinde kodlanır. Kuantum nesneleri, nesnenin bir özelliğinin değerinin farklı değerler için bir dizi olasılık olarak tanımlanabileceği bir süperpozisyon durumunda bulunur.
Kodlanmış fotonların iletimi, kuantum kanalı olarak bilinen kanal üzerinden gerçekleşir. İki uç nokta arasında kurulan, klasik kanal olarak adlandırılan ayrı bir kanal, saat senkronizasyonunu, anahtar elemeyi veya diğer veri alışverişini yönetir; bu kanal herhangi bir geleneksel veri iletişim kanalı olabilir.
QKD’nin Çoklu Çeşitleri
Teknoloji geliştikçe QKD için bir dizi uygulama ve protokol ortaya çıkıyor. Örneğin, günümüzde birçok ticari QKD sisteminde ayrık değişken QKD (DV-QKD) kullanılmaktadır. Bir DV-QKD sistemi iki uç noktadan oluşur: bir gönderici ve bir alıcı. Bu uç noktalar arasındaki kuantum bağlantısı, boş alan veya karanlık fiber olabilir. Bu durumda gönderici, fotonun fazını veya polarizasyonunu kontrol ederek tek bir foton üzerinde 0 veya 1 bit değerini kodlar. Kuantum ölçümleri ve zamanlama hakkında bilgi iletmek için iki uç nokta arasında ayrı bir veri bağlantısı kullanılır.
İlk QKD uygulamaları kuantum ve veri kanalları için ayrı atanmış fiberlerden oluşurken, yeni sürümler aynı fiber üzerindeki her kanal için ayrı dalga boyları kullanabilir ve bu da daha uygun maliyetli dağıtımlar ve verimlilikler sağlar.
Diğer uygulamalar arasında sürekli değişken QKD (CV-QKD) ve dolaşıklık bulunur. CV-QKD ile gönderici, iletimin konum ve momentum kuantum durumlarını modüle etmek için rastgele bir veri kaynağı uygular. Dolaşıklık QKD, bu arada, iki kuantum parçacığının kuantum özelliklerini paylaşacak şekilde üretildiği kuantum fenomenlerini güçlendirir; Daha sonra birbirlerinden ne kadar uzaklaşırlarsa ayrılsınlar, her biri üzerindeki bir özelliğin ölçümü aynı değerlerle sonuçlanacaktır.
QKD için Önümüzdeki Zorluklar
Mesafe, fiber üzerinden QKD’nin uygulanmasında bir kısıtlama olarak kalır, çünkü iletilen bireysel fotonlar mesafe boyunca emilecektir. Lazer gücü, bireysel fotonları oluşturmak için azaltılır ve sinyali tekrarlamak veya güçlendirmek için standart telekom ekipmanı kullanılamaz. Genel olarak, 60 mil ile 90 mil arası pratik sınırdır.
Mesafeyi genişletme yöntemleri arasında güvenilir değişim, ikiz alan QKD ve kuantum tekrarlayıcılar bulunur.
- Güvenilir değiş tokuşlar bir tekrarlayıcı görevi görür – optik sinyalleri alır, onları dijitale dönüştürür ve ardından tekrar optiğe dönüştürür. Davetsiz bir kişinin iletimi dijital biçimdeyken okumasını önlemek için güvenilir alışverişler güvence altına alınmalıdır.
- İkiz alan QKD, her iki uç nokta düğümünden sinyal alan bir orta nokta düğümü ekleyerek uç noktalar arasındaki mesafeyi potansiyel olarak yüzlerce kilometreye çıkarır.
- Kuantum tekrarlayıcılar, nihayetinde, fiber üzerinden QKD’nin mesafe engellerini kırabilir ve bugün telekomünikasyondaki tekrarlayıcılara benzer bir işlev sağlayabilir: bir terminalden diğerine aktarılabilmesi için veri sinyallerini yükseltmek veya yeniden oluşturmak.
Tek foton kaynaklarındaki ve düşük gürültülü dedektörlerdeki gelişmeler, QKD için uygun mesafeleri daha da iyileştirecektir.
QKD için Sırada Ne Var
QKD, uç noktalar arasında simetrik anahtar paylaşımını etkinleştirme ve kuantum kanalında gizli dinlemenin ne zaman gerçekleştiğini belirleme yeteneği nedeniyle kuantum dünyasında önemli bir değere sahiptir. Bununla birlikte, taşıyıcılar tarafından geniş çapta uygulanmadan önce, QKD’nin bir taşıyıcı ortamında desteklenebilir olması ve müşterilerinin beklediği kullanılabilirliği ve güvenilirliği sağlaması gerekir.
Örneğin, kuantum kanalının bozulması, gerçek zamanlı anahtar materyalin kaybolmasına neden olabilir; bununla birlikte, QKD ile ilişkili güvenli bir anahtar deposuna sahip olmak, kuantum kanalı kesintisi araştırması meydana gelirken anahtar materyalin dağıtılmaya devam etmesine izin verir. Bu aynı zamanda QKD ekipman ve hizmetlerinde sorun giderme ve yönetme yaklaşımlarının ve yeteneklerinin geliştirilmesi gerektiği anlamına gelir.
QKD kuantum mekaniğine dayandığından, gözlem durumu kuantum sistemini etkileyecektir ve bu kendi başına sorun giderme ve yönetim için zorluklar doğurur. Teknoloji gelişmeye ve gelişmeye devam ettikçe, dronlar gibi daha küçük mobil cihazlarda QKD uygulamaları sonunda mümkün olabilir. QKD nasıl gelişirse gelişsin, kuantum İnternet’te iletişimi güvence altına almak için umut verici bir çözüm gibi görünüyor.