A legjobb hackerek sem fognak boldogulni a jövő kvantumtitkosírásával, amelynek több elemét sikerrel próbálták ki a szakemberek.

A számítógépes "kalózok" számára ma gyakorlatilag nincs leküzdhetetlen akadály és feltörhetetlen kód: a titkok biztonságos megőrzése egyre reménytelenebbnek látszik. Nemrégiben viszont három kutatócsoport is olyan, egymástól független kísérleti eredményekkel állt elő, amelyek alapján nyilvánvaló: nemcsak létezik, de biztonságosan alkalmazható is olyan kódolási eljárás (egyfajta kvantumtitkosírás), amellyel a titkosított adatok egyszer s mindenkorra megvédhetők az illetéktelenektől.



Az osztrák kutatók a willendorfi Vénusz képét kódolták, majd fejtették meg sikeresen az eljárással

Azt, hogy létezik elvileg is megfejthetetlen rejtjelezés, matematikailag már régen bebizonyították. Ez az úgynevezett egyszer használatos kód, amely például két egyforma, egymáshoz képest elforgatható (egy álló és egy forgó) hengerrel valósítható meg, amelyek palástjára az ábécé betűi vannak felírva, egymás alá, ugyanolyan sorrendben. Egy-egy betű kódolása úgy történik, hogy a forgatható hengert bizonyos számú fordulattal elforgatjuk. (Egy fordulatnak egy betűnyi elcsúszás felel meg.) Ha a fordulatok számát az üzenet egymást követő betűinél rendre véletlenszerűen választjuk ki, a rejtjelezett üzenetben nincsenek egymással összefüggő és felismerhető jelek, és az csakis a véletlenszerűen generált számtáblázat és egy ugyanilyen hengerpár segítségével fejthető meg. A módszer elméletileg tökéletes, a gyakorlatban azonban roppant nehézkes és sebezhető, hiszen óriási mennyiségű számtáblázatot kell folyamatosan és biztonságosan továbbítani.

Az 1990-es évek elején vetette fel Artur Ekert, az Oxfordi Egyetem kutatója, hogy a módszer a részecskék kvantumfizikai tulajdonságaira építve ígéretesen tovább fejleszthető. A fizikai részletekben most nem érdemes elmerülni, a későbbiek megértéséhez elegendő, ha tényként elfogadjuk a részecskék viselkedésének néhány olyan sajátosságát, amelyeket a kvantumfizika már sokszorosan bebizonyított. Ezek közül a legfontosabb, hogy két, valamikor egymással kapcsolatban álló részecske, bármilyen messze kerüljön is egymástól, egyetlen, összefüggő rendszert képez mindaddig, amíg egy külső hatás - például mérés - szét nem választja őket. Az egyik részecskén (részrendszeren) elvégzett mérés nem független a másiktól, és meghatározza a másik részecske állapotát is. Létezhetnek - és léteznek is - tehát olyan részecskepárok, amelyek mindaddig elválaszthatatlan kötelékben (korrelációban, vagy: koherens szuperpozícióban) maradnak, amíg egy méréssel szét nem választjuk őket. Ezeket EPR-pároknak nevezik. (Csipetnyi iróniával utalva Einstein, Podolsky és Rosen nevezetes gondolatkísérletére, amellyel épp a fenti jelenség lehetetlenségét próbálták bizonyítani, s amelyet maga Einstein gúnyosan a részecskék közti "telepatikus kapcsolat"-nak vagy "kísérteties távolhatás"-nak nevezett, és élete végéig elfogadhatatlannak tartott. A valósággal azonban nehéz vitába szállni: kísérletek sora bizonyítja a jelenség létezését.)

EPR-párok előállíthatók például olyan kristállyal, amely a rajta áthaladó fotonokat "széthasítja" - mondjuk egy ultraibolya fotont két olyan infravörös fotonná alakít, amelyeknek a polarizációja meghatározott kapcsolatban áll egymással (például ha az egyik cirkulárisan jobbra, akkor a másik balra polarizált, és fordítva, azaz a két foton polarizációja egymás komplementere). A két lehetséges polarizáció megfeleltethető a bináris kód 0-jának és 1-esének. A kvantumfizika törvényei szerint azonban a foton tényleges polarizációja csak akkor derül ki, ha megmérjük, addig pedig a részecske a lehetséges polarizációs állapotok "keverékében" (szuperpozíciójában) van, azaz egyidejűleg 0 és 1. Amikor a pár egyik tagjának a polarizációját megmérjük, kiderül, hogy értéke éppen 0 vagy 1, s ezzel egyidejűleg az is eldől, hogy a pár másik tagjáé éppen a komplementer érték.

Képzeljük el, hogy az egyik fotont megkapja az üzenet küldője (hagyományos nevén Alice), a másikat a címzett (Bob). Mindkettőjüknél van egy a polarizáció mérésére alkalmas polariméter. Ha bármelyikük megméri a nála lévő foton polarizációját, akkor rögtön azt is tudja, hogy a másiknál milyen polarizációjú (a komplementer) foton van. Ha Alice-nél jobbra polarizált (0), akkor Bobnál balra (1), és fordítva. (Persze egyszerűsíti a dolgukat, ha úgy állapodnak meg, hogy egyiküknél a jobbra polarizált foton jelenti az 1-est, míg másikuknál a komplementer: ekkor egy-egy mérésnél mindkettőjüknél ugyanaz a szám jelenik meg.)

Alice és Bob így EPR-párok akár végtelen sorozatán is megosztozhat (a fotonokat felhasználásig például egy üvegszálban körbe-körbe futtatva tárolhatják), és így egyúttal 0-k és 1-esek teljesen véletlen sorozatán is osztoznak. Ezekből pedig - egy előre megállapodott, s csakis általuk ismert rejtjelezési kulcs alapján - generálhatnak egy másik véletlen (és végtelen) számsorozatot, a tulajdonképpeni kódot. Az eljárás egy további, szinte felbecsülhetetlen előnye, hogy ha bárki megpróbálja "meglesni" a náluk lévő fotonokat, azt azonnal észlelhetik (a mérés a fotonok állapotát megváltoztatja), és az érintett fotonokat "eldobhatják".

Los alamosi kutatók a dolognak éppen ezt a részét bizonyították kísérletileg: az Alice-hez és Bobhoz eljuttatott fotonok útjába véletlenszerűen egy szűrőt ("kémet") állítottak, s ők sikerrel válogatták ki a "megbízhatatlan" fotonokat. Egy osztrák kutatócsoport (az első sikeres kvantum-teleportálásról elhíresült Anton Zeilinger és csapata) az egymástól 1 kilométerre levő Alice-t és Bobot üvegszálas kábellel kapcsolta össze, amelyen keresztül Alice a willendorfi Vénusz kódolt képét küldte el Bobnak, aki azt sikeresen meg is fejtette. Végül egy harmadik kísérletben a genfi egyetem kutatóinak sikerült bebizonyítani, hogy a módszer több kilométeres távolságon, a ma az üvegszálas távközlésben használatoshoz legközelebbi frekvenciákon is alkalmazható. Bár az adatátvitel sebessége egyelőre viszonylag kicsi, ez a későbbiekben bizonyára növelhető, mivel nem elvi, hanem technológiai okai vannak. Mindenesetre mindhárom kísérlet egyértelműen bizonyítja, hogy titkos üzenetek az eljárással biztonságosan továbbíthatók.

(Élet és Tudomány)

Ajánló:

Korábban:

2000. február 8. Az IBM kutatói az információtovábbítás merőben új módszerét fedezték fel. A "kvantumdélibáb"-nak nevezett folyamat vezetékek helyett az elektronok hullámtermészetét használja az adattovábbításra, s a jövőben nanométeres méretskálán teszi lehetővé áramkörök építését.