באוניברסיטה העברית התקרבו עוד שלב בדרך להצפנה קוואנטית

העולם הטכנולוגי ממשיך להתפתח, וכיום כבר מדברים על מחשבים עם עוצמה חישובית מדהימה שעולה בצורה דרמטית על יכולות העיבוד של המחשבים כיום. מדובר במחשבים קוואנטיים שיכולים לבצע פעולות חשובות מסוימות במהירות ובעוצמה רבה בהרבה מהפעילות של המחשבים הקיימים כיום.

לצד הברכה שבדבר, הסוגיה מעלה חששות בדבר יכולת הפריצה להצפנות, הקיימות כמעט בכל פעולה שאנו מבצעים: מתשלום מאובטח, דרך משלוח הודעות וכו'. כיום כל פעולה מוצפנת מתבססת על אלגוריתם מתמטי שמחשב רגיל, מבחינת כוח החישוב והזמן הנדרש, מתקשה לפתור אותו ולפרוץ את הקוד. לעומתו, מדענים מאמינים שהעוצמה הגדולה של מחשבים קוואנטיים שתפעל באופן מהיר ובמקביל, תוכל לפרוץ בקלות יחסית הצפנות ולפגוע בפרטיות המשתמשים.

אלא שמחקר חדש שנערך בהובלתפרופ' רונן רפפורט וד"ר חמזה אבודייהממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית בירושלים, בשיתוף עם קבוצת המחקר של מוניקה פליישר מאוניברסיטת טובינגן, הוביל לפיתוח מערכת פשוטה באופן יחסי, המאפשרת יצירת קידוד המעניק הגנה מפני עוצמת מחשבי הקוואנטום: מדובר במעין "מכונות ירייה" של פוטונים בודדים שעליהם הוטען מידע מקודד. הפוטונים הבודדים, שהם היחידות הבסיסיות של אור ("חלקיקי אור"), מאפשרים קידוד הידוע בשם "קידוד קוואנטי" השונה ממה שמוכר לנו כיום.

כלומר, בניגוד להצפנה הקלאסית הנפוצה כיום, טכנולוגיית ההצפנה הקוואנטית מתבססת ישירות על חוקי הפיזיקה ועל חוקי תורת הקוואנטים ולא על מתמטיקה ואלגוריתמים. מערכת הצפנה מבוססת פוטונים בודדים המקודדים קוואנטית, משגרת אותם לנקודה המבוקשת, כאשר כל ניסיון להתערב או לשאוב את המידע - יזוהה ויסוכל ללא סיכון למידע.

באופן מופשט, כיום הפצחנים מנסים להיכנס לתוך שרשרת העברת המידע בין שתי נקודות, לשאוב את המידע ולחבר מחדש את השרשרת, כדי שהמידע יגיע ליעדו הסופי, מבלי שתאותר הפריצה. החוקרים בצוות הצליחו לייצר התקן זעיר ביותר שמייצר ומשגר פוטונים בודדים ועליהם אפשר להעביר את המידע. כל פוטון מקודד נקרא "ביט קוואנטי". בביט קוואנטי כל מגע, או אפילו ביצוע מדידה, משנה בהכרח את המידע שקודד על הפוטון והדבר יתבטא, בהגיעו ליעד, בשגיאה בפרוטוקול ומתן אינדיקציה לניסיון הפריצה.

בהתקן שפותח באוניברסיטה העברית השתמשו החוקרים בננו-גביש, בעובי של פחות מאלפית שערה - חומר מוליך למחצה שכאשר מאירים עליו בפולס של לייזר הוא פולט פוטון יחיד. בעוד הננו-גביש לבדו לא מאפשר פליטה מהירה מספיק של פוטונים כדי לייצר מפתחות הצפנה בקצב גבוה, החוקרים השתמשו ב"טריק ננומטרי" והצליחו להגביר משמעותית את הקצב, לכעשרה מיליון פוטונים בשנייה, והם שואפים להגיע לקצב של מיליארד לשנייה. הדבר נעשה ע"י הזרמת הפוטונים במעין קונוס מתכתי ממוזער הצמוד לננו-גביש, המשמש "כליא ברק" השואב את האנרגיה ואת האור מתוך הננו-חלקיק והופך לאנטנה המשדרת את האור.

החוקרים הביאו למצב, שבו האור הנפלט מהפוטון ינוע לכיוון הדרוש ולא באופן אקראי, על-ידי ננו-עדשה המכוונת את פליטת הפוטונים לכיוון הרצוי. וכך, ברגע שהם הגבירו את קצב פליטת הפוטונים המקודדים עם המידע והם מניעים אותם לכיוון המתבקש, ניתן לאסוף אותם לנקודת היעד ולקרוא את המידע שקודד בהם, בלי יכולת של התערבות חיצונית.

כבר היום ארגונים ומדינות מפתחים מחשבי קוואנטים, ובעתיד הלא רחוק השימוש בהם יהיה נפוץ ברמה המסחרית והממסדית. חשיבותו של ההתקן היא ביכולתו לאפשר קידוד לא פציח באמצעות מערכת פשוטה יחסית, הניתנת להפעלה אפילו בטמפרטורת החדר.