A fénysebességnél is gyorsabb jelenség utáni kutatásba kezdtek a világűrben, hiszen a napokban bocsátotta fel sikeresen Kína a világ első kvantumkommunikációs műholdját az északnyugat-kínai csuicsüani űrközpontból. A kvantumkommunikáció olyan megoldásokat kínál számunkra, amelyek rendkívül hasznosak lehetnek a mindennapokban – mondta el Bacsárdi László, a NYME SKK Informatikai és Gazdasági Intézetének igazgatója kedden.
A kvantumfizika hátterében nagyon különleges, mindamellett nagyon kicsi mérettartományban létező jelenségek állnak. A természetben jelen lévő kvantumfizikai tulajdonságokat fel tudjuk használni arra, hogy különböző informatikai megoldásokban alkalmazzuk őket, az egyik ilyen alkalmazási lehetőség a kommunikáció.
Amikor kommunikálni szeretnénk egymással, vagy elérni különböző weboldalakat, akkor ahhoz, hogy a kommunikációt ne tudják mások lehallgatni, titkosítást használunk. Jelenleg két nagy családja van a titkosítási eljárásoknak: a szimmetrikus és az aszimmetrikus (nyilvános) kulcsú titkosítás. Utóbbi lényege, hogy van egy kulcspár, amelynek egyik tagja nyilvános, a másik titkos, és matematikai eljárás garantálja, hogy a nyilvános kulcsból csak nagyon lassan lehet kikövetkeztetni, hogy mi a titkos kulcs. Ezt a titkosítási megoldást használjuk például, amikor belépünk a Facebookra, és ezen alapul az online banki átutalások biztonsága is.
A kvantumfizikai elveken működő gépek (kvantumszámítógépek) megjelenésével azonban ez a helyzet megváltozik. Jelenleg ugyan még nincs működő univerzális kvantumszámítógép, de a következő 5-10-15 évben várhatóan elkészülnek az első működő gépek. Egy ilyennel mindössze egy másodpercre rövidül a nyilvános kulcs visszafejtésének ideje, míg egy hagyományos számítógép akár 2-3 évig is elbajlódhat a feladattal.
Ezen gépek segítségével fel lehet majd törni minden nyilvános kulcsú titkosítást, ezért már csak a szimmetrikus kulcsú megoldásokban lehet gondolkodni. Ez úgy működik, hogy mindkét kommunikáló fél ugyanazt a kulcsot használja. Ehhez mindkét félhez el kell juttatni a kulcsot, amelynek jelenleg ismert egyik legbiztosabb módja a kvantum alapú kulcsszétosztás, amely lehallgathatatlan.
Jelenleg a kvantum alapú kulcsszétosztás távolsági rekordja vezetékes környezetben (optikai szálon) 307 kilométer, vezeték nélküliben 144 kilométer. A kínai kutatók célja most az, hogy kvantum módon osszanak meg kulcsot az új műhold és egy földi állomás – illetve a későbbiekben két földi állomás – között, és ezzel új távolsági rekordot állítsanak fel.
Az új műhold segítségével a szakemberek kísérleteket is tudnak majd folytatni olyan bizarr jelenségekről, mint az összefonódás. Bacsárdi László elmondta, a kvantuminformációt különböző fizikai hordozók – a fotonoknál például a polarizációs állapot – hordozzák. Egy fotonnak két bázisállapotát különböztetik meg: vízszintesen és függőlegesen polarizált. Amikor elvégzünk rajta egy mérést, akkor vagy a vízszintes, vagy a függőleges bázisállapotot veszi fel. Vannak különleges, összefonódott párok: ha ezek egyik tagján elvégeznek egy mérést, megállapítva a foton állapotát, akkor abban a pillanatban a másik fotonnak is ugyanez lesz az állapota – mondta a szakember, majd hozzátette: ha az összefonódott párt szétválasztom, és a pár egyik tagját elviszem a Marsra, a másikat itt hagyom a Földön, és elvégzem rajta a mérést, akkor a Marson is ugyanannyi lesz a másik értéke. Bacsárdi ezzel rámutatott, hogy az összefonódás jelensége a fénysebességnél gyorsabban játszódik le.
A kínai kutatók egyik célja, hogy a műhold fedélzetén előállítsanak egy összefonódott fotonpárt, amelynek egyik tagját elküldik egy kínai, a másikat egy európai vevőállomásra, hogy mindkét helyen méréseket hajtsanak végre rajtuk. Bacsárdi László szerint ez hosszú távon azért érdekes, mert az összefonódás jelenségének felhasználásával képesek vagyunk információk teleportálására. A teleportálás világrekordja jelenleg nagyjából 144 kilométer, azonban a kínai kvantumkommunikációs műhold révén idővel teleportálást lehet végrehajtani a műhold és egy vevőállomás, vagy akár a két vevőállomás között is.
A kínai műhold európai ötletre vezethető vissza. A Kínai Tudományos Akadémiával a projektben együttműködő osztrák kutatóintézet már a 2000-es évek elején javasolta egy kvantum alapú teleportációra képes berendezés elhelyezését a Nemzetközi Űrállomáson, viszont a 2008 környékén elindított projektet leállították.
Európában jelenleg Padovában végeznek aktív kutatást a témában. Az észak-olaszországi kutatócsoport lézerjelek révén folytat kvantumkommunikációt jelenleg is Föld körül keringő műholdakkal. Európában még nem voltak arra irányuló tervek, hogy kvantumműholdat állítsanak pályára. A NASA pedig azon munkálkodik, hogy a technikát minél hamarabb átültesse a világűrbe. Magyarországon is foglalkozik néhány szakember a témakörrel, elsősorban szimulációs vizsgálatok révén.
Bacsárdi László szerint a kvantum alapú kulcsszétosztás egyre inkább része a mindennapoknak. A világon már legalább négy – amerikai, svájci, francia, ausztrál – cég forgalmaz olyan termékeket, amelyek révén biztonsággal lehet kommunikálni két pont között. A technológia elsősorban a pénzügyi és a távközlési szektor számára érdekes, de feltehetőleg a katonaságot sem hagyják hidegen a biztonságos kommunikációs megoldások.
A vezetékes technológiának megvan a már említett fizikai határa, a vezeték nélküli megoldás hátrányai pedig – városi környezetben – az épületek és a tereptárgyak. Ahhoz, hogy a lézerjel el tudjon jutni egyik pontból a másikba, szabad rálátásra van szükség, vagyis óhatatlanul mindenki az ég felé, a műholdak irányába fordul.
forrás: librarius.hu
kép:pixabay.com
