A digitális kor egyik legnagyobb kihívása az adataink biztonságának garantálása. Miközben a technológia rohamléptekben fejlődik, a kiberfenyegetések is egyre kifinomultabbá válnak. Különösen nagy aggodalomra ad okot a kvantumszámítógépek megjelenése, amelyek a jövőben potenciálisan képesek lesznek pillanatok alatt feltörni a ma használt legfejlettebb titkosítási algoritmusokat is. Ez a fenyegető forgatókönyv, az úgynevezett Q-nap, arra ösztönzi a kutatókat világszerte, hogy új, kvantumálló biztonsági megoldásokat fejlesszenek.
Ebben a versenyfutásban értek el most áttörést jelentő eredményt a Toshiba Europe kutatói. Sikeresen demonstrálták a kvantumkulcs-megosztás (QKD) technológia működőképességét egy eddig példátlan, 254 kilométeres távolságon. Ami az eredményt különösen figyelemre méltóvá teszi, hogy mindezt meglévő optikai kábelhálózaton keresztül valósították meg, nem pedig speciálisan erre a célra kiépített infrastruktúrán. Ez óriási előrelépés, hiszen azt bizonyítja, hogy a jövőbeni kvantumbiztonsági rendszerek potenciálisan a már lefektetett, széles körben használt kommunikációs vonalakra épülhetnek.
A kísérlet során a kutatócsoportnak sikerült megdupláznia az eddigi távolsági rekordot koherens kvantumkommunikáció terén, és mindezt anélkül, hogy drága lézertechnológiára vagy speciális hűtést igénylő berendezésekre lett volna szükségük. Ez jelentősen csökkentheti a kvantumkommunikációs hálózatok kiépítésének és üzemeltetésének költségeit, közelebb hozva a technológia gyakorlati alkalmazását.
De hogyan is működik a kvantumkulcs-megosztás? A rendszer a kvantummechanika alapelveire épül. Az információt fotonok, vagyis fényrészecskék segítségével továbbítja, amelyek a kvantuminformáció alapegységeit, a qubitek-et hordozzák. A QKD lényege, hogy a kommunikáló felek (például Alice és Bob) olyan titkosítási kulcsot tudnak létrehozni és megosztani egymással, amelynek biztonságát a fizika törvényei garantálják. A rendszer rendkívüli érzékenysége miatt bármilyen külső beavatkozási kísérlet, vagyis a lehallgatás azonnal észlelhető zavart okoz a fotonok kvantumállapotában. Ezt a zavart mindkét kommunikáló fél azonnal érzékeli, így tudomást szereznek a lehallgatási kísérletről, és a kompromittálódott kulcsot eldobhatják. Ez teszi a QKD-alapú kommunikációt elméletileg feltörhetetlenné.
A Toshiba kutatói a gyakorlati megvalósíthatóságot Frankfurt és Kehl német városok között demonstrálták, egy Kirchfeld nevű településen keresztül továbbítva a kvantumjeleket. A kísérlet során elért 110 bit/másodperc adatátviteli sebesség elsőre alacsonynak tűnhet a mai szélessávú internetkapcsolatokhoz képest, azonban ez a sebesség már elegendő biztonságos titkosítási kulcsok rendszeres cseréjéhez, ami a QKD elsődleges célja. Nem nagy adatmennyiségek továbbítására, hanem a rendkívül biztonságos kulcsok létrehozására és megosztására összpontosít.
Ez a kutatási eredmény, amelyet a rangos Nature tudományos folyóirat is publikált, komoly mérföldkő. Ahogy Mirko Pittaluga, a kutatás egyik vezetője fogalmazott, ez a munka „megnyitja az utat a gyakorlatban is megvalósítható kvantumhálózatok előtt anélkül, hogy egzotikus hardvereket kellene alkalmaznunk”. A következő lépések a technológia továbbfejlesztését célozzák: a sebesség növelését, a rendszer stabilitásának javítását és a hálózatok kiterjesztését nagyobb földrajzi területekre. A cél végső soron egy olyan globális kvantuminternet létrehozása, amely ellenáll a jövőbeni kvantumszámítógépek jelentette fenyegetésnek is.
Bár még sok munka vár a kutatókra, ez az eredmény egyértelműen jelzi, hogy a lehallgathatatlan kommunikáció korszaka már nem csupán elméleti lehetőség. A technológia bizonyította gyakorlati életképességét a meglévő infrastruktúrán, ami hatalmas lökést adhat a kvantumbiztonsági rendszerek elterjedésének. A jövő biztonságos hálózatai csendben épülnek, és közelebb hozzák azt a napot, amikor az adathalászat és a digitális lehallgatás a múlté lehet.
