نجح الباحثون في إنشاء جهاز صغير للغاية ينتج ويصدر فوتونات مفردة ويمكن من خلاله نقل المعلومات في البت الكمي. كل اتصال أو حتى إجراء قياس يغير بالضرورة المعلومات المشفرة على الفوتون وسيتم التعبير عن ذلك عند الوصول إلى الوجهة بخطأ في البروتوكول وإعطاء إشارة إلى محاولة الاختراق
إن عصر الثورة الكمومية الثانية قد بدأ بالفعل، والآن السباق مستمر على الكمبيوتر الكمي: جهاز كمبيوتر سيكون قادرًا على أداء بعض العمليات المهمة بسرعة وقوة أكبر بكثير من أجهزة الكمبيوتر الحالية. لكن إلى جانب البركة في ذلك، تثير هذه القضية مخاوف بشأن القدرة على اختراق التشفير، الموجود في كل عملية نقوم بتلوينها تقريبًا: بدءًا من الدفع الآمن، مرورًا بإرسال الرسائل، وما إلى ذلك. اليوم، تعتمد كل عملية مشفرة على خوارزمية رياضية يصعب على الكمبيوتر العادي، من حيث قوة الحساب والوقت المطلوب، حلها وفك الكود. ومن ناحية أخرى، يعتقد العلماء أن القوة الكبيرة للحواسيب الكمومية، التي ستعمل بسرعة وفي نفس الوقت، ستكون قادرة على كسر التشفير بسهولة نسبية والإضرار بخصوصية المستخدمين.
أدت دراسة جديدة أجريت بقيادة البروفيسور رونان رابابورت والدكتور حمزة أبودية من معهد راكيه للفيزياء في الجامعة العبرية في القدس بالتعاون مع مجموعة مونيكا فلايشر البحثية من جامعة توبنغن، إلى تطوير نظام بسيط نسبيًا، يسمح بإنشاء تشفير يوفر الحماية ضد قوة أجهزة الكمبيوتر الكمومية: نوع من "المدافع الرشاشة" للفوتونات الفردية المحملة بمعلومات مشفرة. الفوتونات الفردية، وهي الوحدات الأساسية للضوء ("جسيمات الضوء")، تمكن التشفير المعروف باسم "التشفير الكمي". وعلى النقيض من التشفير الكلاسيكي الشائع اليوم، فإن تقنية التشفير الكمي تعتمد مباشرة على قوانين الفيزياء وقوانين نظرية الكم وليس على الرياضيات والخوارزميات. نظام تشفير يعتمد على فوتونات فردية مشفرة كميًا، يرسلها إلى النقطة المطلوبة، عند أي محاولة للتدخل أو استخراج المعلومات - سيتم اكتشافها وإحباطها دون المخاطرة بالمعلومات.
وبشكل مجرد، يحاول الهاكرز اليوم الدخول إلى الشبكة التي تنقل المعلومات بين نقطتين، واستخراج المعلومات وإعادة توصيل السلسلة، حتى تصل المعلومات إلى وجهتها النهائية. وذلك دون أن يتم اكتشاف الاختراق. وتمكن الباحثون في الفريق من إنشاء جهاز صغير جدًا ينتج ويرسل فوتونات واحدة ويمكن من خلاله نقل المعلومات. ويسمى كل فوتون مشفر "بت الكم". في البت الكمي، كل اتصال، أو حتى إجراء قياس، يغير بالضرورة المعلومات المشفرة على الفوتون وسيتم التعبير عن ذلك، عند الوصول إلى الوجهة، في خطأ في البروتوكول وإعطاء إشارة إلى محاولة الاختراق.
وفي الجهاز، الذي تم تطويره بتقنيات نانومترية مبتكرة في مركز علوم النانو وتكنولوجيا النانو في الجامعة العبرية، استخدم الباحثون بلورة نانوية، أقل من جزء من الألف من سماكة الشعرة - وهي مادة شبه موصلة، عندما تضاء بالليزر نبض، يصدر فوتونًا واحدًا. وفي حين أن البلورة النانوية وحدها لا تسمح بانبعاث الفوتونات بسرعة كافية لإنتاج مفاتيح التشفير بمعدل مرتفع، فقد استخدم الباحثون "خدعة نانومترية" وتمكنوا من زيادة المعدل بشكل كبير، إلى حوالي عشرة ملايين فوتون في الثانية ويهدفون إلى الوصول إلى بمعدل مليار في الثانية. ويتم ذلك عن طريق تدفق الفوتونات من خلال نوع من المخروط المعدني المصغر المتاخم للكريستال النانوي، والذي يعمل بمثابة "فخ البرق" الذي يسحب الطاقة والضوء من الجسيمات النانوية ويصبح هوائيًا ينقل الضوء. وتوصل الباحثون إلى حالة يتحرك فيها الضوء المنبعث من الفوتون في الاتجاه اللازم وليس بشكل عشوائي، وذلك عن طريق عدسة نانوية توجه انبعاث الفوتونات في الاتجاه المطلوب. وهكذا بمجرد زيادة معدل انبعاث الفوتونات المشفرة بالمعلومات وتحريكها في الاتجاه المطلوب، يمكن جمعها في نقطة الوجهة ويمكن قراءة المعلومات المشفرة فيها، دون القدرة على التدخل الخارجي.
واليوم بالفعل، تعمل المنظمات والبلدان على تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية، وفي المستقبل القريب سوف ينتشر استخدامها على نطاق واسع على المستوى التجاري والمؤسسي. وتكمن أهمية الجهاز في قدرته على تمكين التشفير غير القابل للتكسير من خلال نظام بسيط نسبيا، يمكن تشغيله حتى في درجة حرارة الغرفة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
