Siguranța transmisiunilor de date este extrem de importantă; mecanica cuantică oferă o modalitate sigură de transmitere a datelor folosind așa-numita proprietate cuantică denumita entanglement.

Pentru prima data o comunicare cuantica la o distanta de mai bine de 7000 km a fost efectuata intre China si Austria folosind satelitul chinezesc Micius.

 

Cat de sigura este transmiterea datelor prin Internet? Putem folosi cartea de credit pentru a cumpara un bilet de avion sau a plati un hotel fara probleme? Sau un hacker priceput ne poate „fura identitatea” si goli contul in banca? Ba mai mult – sigurata unei tari, precum si multe dintre activitatile zilnice, depind si de cat de sigure sunt protocoalele de transmitere a datelor.

Majoritatea acestor protocoale se bazeaza pe metode care folosesc numerele prime si se considera a fi relativ sigure. Totusi, nu putem avea certitudinea ca nimeni nu va reusi descifrarea acestor protocoale, urmata de furtul de date sau, si mai grav, de falsificarea acestora cu obiective de terorism cibernetic.

In acest context o noua metoda, care se bazeaza pe fizica cuantica, se impune din ce in ce mai puternic.

Proprietatea cuantica care sta la baza acestor tehnologii este tipica sistemelor de particule sau de fotoni care s-au nascut impreuna sau au interactionat si se numeste entanglement. Particulele entangled (infratite) au proprietati comune, la orice distanta s-ar afla. Practic aceste particule se comporta precum un unic sistem, si nu doua particule separate. Daca se face o  anumita operatie asupra uneia dintre particule, cealalta „simte” instantaneu ce s-a intamplat cu aceasta. In timp ce fizicienii care lucreaza in fizica fundamentala incearca sa inteleaga mai bine aceasta proprietate, precum si alte fenomene cuantice, precum suprapunerea de stari, alti oameni de stiinta au propus folosirea acestor proprietati pentru realizarea de noi tehnologii: asa-numitele tehnologiile cuantice, printre care la loc de cinste se numara comunicatiile cuantice.

In aceasta situatie se genereaza perechi de particule (precum fotonii) etangled, care sunt trimise in doua locuri diverse; operand asupra uneia dintre particule cealalta „simte” instantaneu ce s-a intamplat – in acest mod se reuseste sa se transmita informatia dintr-un loc in altul – realizandu-se comunicarea cuantica. De indata ce un hacker ar incerca sa „fure” informatia transmisa acesta ar fi descoperit imediat, deoarece distruge proprietatile sistemelor cuantice folosite pentru a comunica.

Daca din punct de vedere teoretic protocoalele cuantice sunt relativ bine intelese, din punct de vedere practic folosirea asa-numitelor chei de distributie cuantica, QKD (Quantum Key Distribution), este greu de realizat datorita problemelor tehnice, precum metinerea perechilor de particule in starea „entangled”, intrucat orice interactiune cu mediul inconjurator, precum ar fi cea cu moleculele de aer, poate distruge aceasta proprietate extrem de fragila si nu se mai realizeaza nici un fel de comunicare cuantica.

In acest context recordul recent realizat de un grup de cercetatori din China si Austria este remarcabil. Acestia au reusit sa comunice cu un protocol cuantic la o distanta de circa 7600 km, intre Graz si Xinglong. Rezultatele experimentului au fost publicate recent in tr-un articol in revista Physical Review Letters.

Pentru realizarea acestei performante oamenii de stiinta au folosit satelitul chinezesc Micius, lansat pe 17 august 2016, care se afla intr-o orbita la o altitudine de 500 km. Cu ajutorul unui laser care au transmis  perechi de fotoni entangled intre Graz si Xinglong si  au reusit astfel sa comunice cu o modalitate sigura, imposibil de interceptat. 

Fascinantele proprietati cuantice, entanglementul si suprapunerea de stari, sunt la basa atat a transmisiunilor de date cu protocoale cuantice, cat si a computerelor cuantice si a teletransportului cuantic. Aceste tehnologii vor revolutiona lumea in care traim si vor avea un impact  cel putin la fel de puternic precum cel pe care l-au avut actualele tehnologii: de la calculatoare la realitatea virtuala, de la convorbirile intercontinentale la jocurile pe calculator si la inteligenta artificiala.

Lumea viitorului va fi foarte probabil o lume in care tehnologiile cuantice vor juca un rol foarte important.

 

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro