Κυριακή, 28 Μαΐου 2017

Ασφαλή δεδομένα με …κβαντική ακρίβεια? Ένα άκρως ενδιαφέρον πείραμα


Στο πανεπιστήμιο Ludwig-Maximilian του Μονάχου, το υπόγειο του κτιρίου της Φυσικής συνδέεται με το κτίριο των Οικονομικών με οπτικές ίνες μήκους περίπου 1 χιλιομέτρου. Ένα φωτόνιο χρειάζεται μόλις τρία εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου – και ένα φυσικός, περίπου πέντε λεπτά – για να ταξιδέψει από το ένα κτίριο στο άλλο. Από τον Νοέμβριο του 2015, και για επτά περίπου μήνες, μεμονωμένα φωτόνια μεταδίδονταν μεταξύ των δυο κτιρίων, στα πλαίσια ενός πειράματος κβαντικής φυσικής που θα μπορούσε κάποια μέρα να βοηθήσει στη διασφάλιση των δεδομένων σας.

Ο άμεσος στόχος των ερευνητών ήταν να ερμηνεύσουν μια πολλά υποσχόμενη -όσο και αμφιλεγόμενη- θεώρηση της κβαντικής φυσικής: εάν υπάρχει το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής (quantum entanglement). Η κβαντική διεμπλοκή (ή κβαντικός εναγκαλισμός), περιγράφει ένα περίεργο σενάριο κατά το οποίο η μοίρα δύο κβαντικών σωματιδίων – όπως ένα ζευγάρι ατόμων, φωτονίων, ή ιόντων – είναι απόλυτα συνυφασμένη: Ακόμη και εάν χωρίσετε αυτά τα δύο σωματίδια, σε δύο αντίθετες πλευρές ενός γαλαξία, η αλλαγή της κατάστασης του ενός σωματιδίου οδηγεί στην ακαριαία αλλαγή της κατάστασης και του δεύτερου. Ο Αϊνστάιν αμφέβαλε για το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής και το απέρριψε θεωρώντας το ως μια μορφή “τρομακτικής δράσης από απόσταση”.

Με τα χρόνια, οι ερευνητές έχουν εκτελέσει πλήθος περίπλοκων πειραμάτων για να ελέγξουν τη θεωρία αυτή. Τα “συσχετισμένα” σωματίδια υπάρχουν στη φύση, αλλά είναι εξαιρετικά εύθραυστα και δύσκολα διαχειρίσιμα. Έτσι, οι ερευνητές τα αξιοποιούν, συχνά χρησιμοποιώντας λέιζερ και ειδικούς κρυστάλλους και σε ακριβή ελεγχόμενα περιβάλλοντα, για να ελέγξουν ότι τα σωματίδια συμπεριφέρονται όπως ορίζει η θεωρία.

Στο Μόναχο, οι ερευνητές ξεκίνησαν την έρευνά τους (Βell Tests) στα εργαστήρια, με δύο μεμονομένα φωτόνια, το ένα στο κτίριο της φυσικής και το άλλο στο κτίριο του τμήματος των οικονομικών. Παρότι τα φωτόνια διαχωρίστηκαν σε απόσταση περίπου μισού χιλιομέτρου – όπου παρεμβάλονταν κτίρια, δρόμοι και δέντρα – οι ερευνητές διαπίστωσαν (μέσω επαναλαμβανόμενων πειραμάτων) ότι οι ιδιότητες των δύο σωματιδίων συσχετίζονταν. “Το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής υπάρχει”. “Τα σωματίδια συγχρονίζονται σε λιγότερο από ένα νανοδευτερόλεπτο”, αναφέρει ο φυσικός Harald Weinfurter του Πανεπιστημίου Ludwig-Maximilian του Μονάχου.

Οι ερευνητές θεωρούν πως οι δοκιμές αυτές είναι ενδιαφέρουσες, όχι για την επαλήθευση του φαινομένου της κβαντικής διεμπλοκής, αλλά για έναν εντελώς διαφορετικό λόγο: Θα μπορούσαν να είναι θεμελιώδεις στη λειτουργία των μελλοντικών κβαντικών τεχνολογιών. Κατά τη διάρκεια των ερευνών αυτού του περίεργου, βαθιού χαρακτηριστικού της φύσης, οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι οι δοκιμές αυτές θα μπορούσαν να τεθούν σε εφαρμογή.

Για παράδειγμα, ο κβαντικός υπολογιστής της Google, χρησιμοποιεί “συσχετιζόμενα” σωματίδια για την εκτέλεση εργασιών πληροφορικής. Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να εκτελέσουν ορισμένους αλγόριθμους πολύ ταχύτερα, επειδή τα “συσχετιζόμενα” σωματίδια μπορούν να συγκρατήσουν και να χειριστούν εκθετικά περισσότερες πληροφορίες από τα κλασσικά bits του υπολογιστή. Αλλά επειδή τα σωματίδια αυτά είναι εξαιρετικά δύσκολο να ελεχθούν, οι μηχανικοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα Bell Tests για να επαληθεύσουν ότι τα σωματίδια τους είναι πραγματικά διεμπλεκόμενα.

Τα πειράματα αυτά θα μπορούσαν επίσης να αποδειχτούν χρήσιμα για την διασφάλιση των δεδομένων, αναφέρει ο φυσικός Aephraim Steinberg, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. Σήμερα, οι ερευνητές αναπτύσσουν κρυπτογραφικά πρωτόκολλα που βασίζονται σε εναγκαλισμένα σωματίδια. “Για να στείλετε ένα ασφαλές μήνυμα σε κάποιον, θα πρέπει να κρυπτογραφήσετε το μήνυμά σας χρησιμοποιώντας ένα κρυπτογραφικό κλειδί που κωδικοποιείται σε περιπλεγμένα κβαντικά σωματίδια. Στη συνέχεια στέλνετε στον παραλήπτη το κλειδί”. “Κάθε τόσο, σταματάτε και κάνετε ένα Bell test”, αναφέρει ο Steinberg. “Εάν ένας χάκερ προσπαθήσει να παρεμποδίσει το κλειδί ή αν το κλειδί είναι ελαττωματικό, θα μπορείτε να το δείτε στα στατιστικά του Bell test και θα γνωρίζετε ότι το κρυπτογραφημένο μήνυμα δεν είναι πλέον ασφαλές”.

Στο εγγύς μέλλον, η ομάδα του Weinfurter θέλει να χρησιμοποιήσει το πείραμά της για να αναπτύξει μια εγκατάσταση που θα μπορεί να στέλνει εμπλεγμένα σωματίδια σε μεγάλες αποστάσεις για κρυπτογραφικούς σκοπούς.




secnews.gr
Blog Widget by LinkWithin
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...