اولین راه عملی برای انجام رمزنگاری کوانتومی با استفاده از یک تلفن همراه توسط پژوهشگران نوکیا و دانشگاه برستول انگلستان ساخته شده است. رمزنگاری کوانتومی – که اجازه می‌دهد پیغام‌ها در اختفای کامل فرستاده شوند – در حال حاضر به بانک‌ها و دیگر سازمان‌هایی است که می‌توانند اجزای گران‌قیمت و بسیار حساس کوانتوم-اپتیکی را در هر دو سر اتصال مخابراتی تقبل کنند. آن‌چه گروه نوکیا/بریستول انجام داده این است: چگونه «توزیع کلید کوانتومی» (QKD) با استفاده از قطعات الکترونیکی ساده و ارزانی انجام شود که درون یک تراشه جا می‌گیرند؟

QKD یک روش محبوب رمزنگاری کوانتومی است که در حال‌ حاضر به شکل تجاری استفاده می‌شود. این روش به دو طرف – که معمولا آلیس و باب نامیده می‌شوند – اجازه می‌دهد تا کلید رمزگذاری را به شکل امن و بدون استراق سمع (از سوی حوا) مبادله کنند. این تضمین به این دلیل ممکن است که کلید بر حسب بیت‌های کوانتومی (کیوبیت) اطلاعات انتقال می‌یابد و اگر قطع و وصل‌ها قابل بازگشت نباشد، فعالیت حوا آشکار می‌شود.

پیچش و چرخش

سامانه جدید که چندین مانع عملی را برای پیاده‌سازی رمزنگاری کوانتومی در قطعات قابل‌حمل دور می‌زند، توسط آنتونی لیانگ (Anthony Laing) و همکارانش در مرکز فوتونیک کوانتومی (CQP) بریستول و در مرکز پژوهشی نوکیا در کمبریج، انگلستان ساخته شده است. سامانه از چندین QKD استفاده می‌کند که «QKD مستقل از چارچوب مرجع» (rfiQKD) خوانده می‌شود، که توسط لیانگ و چندین عضو دیگر گروه توسعه یافته است. این QKD یکی از محدودیت‌های بزرگ قبلی را مرتفع می‌سازد؛ QKD‌های مرسوم تنها در صورتی کار می‌کنند که آلیس و باب ویژگی‌های کیوبیت فوتونی – مانند فاز یا قطبش – را نسبت به یک چارچوب مرجع ثابت انجام بگیرند.

مزیت rfiQKD این است که مقداری پیچش و چرخش را ممکن می‌سازد حتی اگر حرکت نسبی مجهول باشد. این روش بدین صورت کار می‌کند که آلیس و باب ترکیبی خاص از مشاهده‌پذیرها را محاسبه می‌کنند و بدین‌وسیله اثر زاویه پیچش خود را حذف می‌کند. به گفته لیانگ، مقدار «استقلال زاویه‌ای» را می‌توان خلوص حالت کوانتومی مبادله‌شده میان آلیس و باب دانست. وقتی این مقدار کمتر از یک [مقدار] آستانه گردد، این دو متوجه جاسوسی حوا می‌شوند.

جرمی اوبراین (Jeremy O'Brien)، مدیر CQP، باور دارد که سامانه نهایتا استفاده از رمزنگاری کوانتومی را برای محافظت از مقدار فزاینده اطلاعات شخصی (مانند گذرواژه‌ها) که از طریق تلفن‌های همراه منتقل می‌شود، ممکن می‌سازد.  مثلا ماشین‌های سخنگوی خودکار را می‌توان به عنوان سرورهای rfiQKD تنظیم کرد، آنگاه کاربر می‌تواند گوشی خود را در معرض یک سامانه اپتیکی قرار دهد تا یک کلید کوانتومی دریافت کند.

«این اولین نمود واقعی از قراردهی فناوری کوانتومی در دستان افراد معمولی است». اوبرایان ضمن بیان این نکته می‌افزاید که نوکیا – که همراه با CQP این فناوری را ارایه کرده است – اکنون به دنبال این است که سامانه را در قطعات همراه قرار دهد.

کار سخت، با آلیس!

در سامانه جدید، آلیس به عنوان یک سرور توصیف می‌شود زیرا او در یک مکان ثابت می‌نشیند و همه اندازه گیری‌های دقیق موردنیاز را برای rfiQKD انجام می‌دهد. باب به شکل یک مشتری توصیف می‌شود، زیرا او اقدامات ساده‌ای انجام می‌دهد که با استفاده از قطعات قابل‌حمل امکان پذیر است.

ابتدا، سرور یک پالس نوری بسیار ضعیف می‌سازد که با استفاده از فیبر نوری به مشتری ارسال می‌گردد. مشتری پالس ضعیف را می‌گیرد و آن‌را به تضعیف‌کننده می‌دهد تا یک فوتون ایجاد شود. مشتری قطبش فوتون را تنظیم می‌کند و آن را از طریق فیبر اپتیکی به سرور پس می‌فرستد. سپس سرور قطبش فوتون را اندازه می‌گیرد. سپس مشتری و سرور اندازه‌گیری‌های قطبش خود را با استفاده از اتصال معمولی مقایسه می‌کنند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا کلید رمزنگاری و خلوص اتصال را استخراج کنند.

همچنین گروه پروتکل QKD متداول و شناخته‌شده‌ای را با نام BB84 بر روی سامانه پیاده‌سازی کردند. چون تنظیم مشتری و سرور طی زمان تغییر می‌کرد، BB84 موفق نبود اما rfiQKD موفق ظاهر شد. همچنین گروه دریافت که rfiQKD می‌تواند به سرعت نوفه ضعیف و عمدی ایجاد‌شده در اتصال مخابراتی را از بین ببرد، در حالی که BB84 باز هم موفق نبود.

منبع: Quantum cryptography is coming to mobile phones

مرجع: Reference frame independent quantum key distribution server with telecom tether for on-chip client