Szyfrowanie kwantowe, bezpieczeństwo danych, teleportacja. Nobel z fizyki i jego praktyczne aspekty

Autor:
as//rzw
Źródło:
tvnmeteo.pl

Poznaliśmy laureatów tegorocznej Nagrody Nobla 2022 w dziedzinie fizyki. Szwedzka Akademia Nauk nagrodziła trzech naukowców między innymi za badania nad naruszeniem nierówności Bella. O praktycznych aspektach tej dziedziny mówi w rozmowie z tvnmeteo.pl profesor doktor habilitowany Andrzej Wysmołek, fizyk z Uniwersytetu Warszawskiego.

W roku 2022 laureatami Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki zostali John F. Clauser, Alain Aspect i Anton Zeilinger. Komitet Noblowski docenił ich niezależne prace i eksperymenty związane "ze splątanymi fotonami, ustaleniem naruszenia nierówności Bella i pionierską informatyką kwantową". O praktycznych aspektach badań prowadzonych przez laureatów portal tvnmeteo.pl zapytał prof. dr. hab. Andrzeja Wysmołka z Instytutu Fizyki Doświadczalnej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Po co nam szyfrowanie kwantowe?

Po ogłoszeniu we wtorek decyzji liczni komentatorzy zwracali uwagę, że "to nie tylko nagroda z fizyki, ale i nagroda z filozofii". Nasz rozmówca podkreślił jednak, że "oprócz filozoficznych aspektów tej nagrody istnieją aspekty bardzo praktyczne". Wyjaśnił, że wyniki uzyskane przez Clausera, Aspecta i Zeilingera mogą znaleźć zastosowanie przede wszystkim w szyfrowaniu kwantowym - technologii zabezpieczania danych. Jak dodał, technologia ta może być wykorzystana w takich codziennych sytuacjach, jak korzystanie z internetu, w tym z bankowości elektronicznej.

- Przesyłanie informacji to jest coś, co jest dla nas bardzo ważne. Nie chcemy, żeby jakiś komputer złamał szyfry i włamał się do naszego konta bankowego - tłumaczył fizyk. Zaznaczył, że stopniowo wchodzimy w etap, w którym coraz częściej będziemy stykać się z tego typu technologiami i wprowadzenie ich do naszego codziennego życia to tylko kwestia czasu.

- To, co wiele lat temu pokazał profesor Zeilinger w zakresie przesyłania bezpiecznej informacji, w tej chwili staje się już codziennością - dodał Wysmołek.

Problem kluczy szyfrujących

Ekspert zaznaczył, że kwantowe szyfrowanie jest kompatybilne z internetem w niemal takiej postaci, w jakiej używamy go obecnie. Zanim jednak będziemy mogli naprawdę skorzystać z dobrodziejstw, jakie zapewnia ta technologia, niezbędne będzie rozwiązanie kilku kwestii, przede wszystkim związanych z przesyłaniem kluczy szyfrujących.  

- Musimy mieć dodatkowe kanały, w których będziemy te klucze obsługiwać - wyjaśnił Wysmołek. - Technologia jest bardzo podobna (do obecnej - red.), tylko trzeba rozwiązać kwestie zasięgu, ale to się będzie rozwijać - przewidywał.

Od strony technologicznej konieczne będzie rozwiązanie jeszcze jednego problemu: "jak wyprodukować coś, o czego cechach dowiemy się dopiero, gdy ktoś to sprawdzi".

Jak dowiemy się, że ktoś "grzebał przy naszych danych"?

Fizyk podkreślił, że "podstawy tego procesu są nam znane, na co wskazuje eksperyment z parą splątanych fotonów": dopóki któregoś nie zmierzymy, jego własności są nieokreślone, natomiast w momencie pomiaru jednego z nich, jego własności staną się określone, a jednocześnie doskonale skorelowane z analogicznymi własnościami drugiego fotonu.

- Kluczowe jest, że nieokreśloność fotonu nie wynikała z naszej niewiedzy, ale była fundamentalną cechą układu - wyjaśnił fizyk, kontynuując opis wspomnianego eksperymentu. - Dzięki temu, jeśli korelacje między fotonami są dostatecznie silne - a to jest związane właśnie z łamaniem nierówności Bella, za co została przyznana nagroda Nobla - mamy gwarancję, że nikt inny po drodze nie dokonywał pomiarów i że komunikacja jest bezpieczna. W świecie rządzonym fizyką klasyczną nie mielibyśmy tego rodzaju gwarancji bezpieczeństwa - podkreślił profesor Wysmołek.

- To jest bardzo ważne: jeśli informacje zostaną sprawdzone w niepożądany sposób, to wtedy dowiemy się, że ktoś grzebał przy naszych danych - dodał.

Kwantowa teleportacja

Wyniki badań Clausera, Aspecta i Zeilingera są omawiane przez ekspertów również w kontekście zjawiska kwantowej teleportacji. Nie jest to jednak teleportacja w takim znaczeniu, jakie znamy z literatury science fiction. Dotyczy ona stanów materii. Wysmołek tłumaczy to na przykładzie pary elektronów.

- Teleportacja to jest przekazywanie informacji na podstawie wiedzy o tym, z czego składał się układ wyjściowy i jaka była korelacja między nimi - wyjaśnił. - Elektrony mają taką własność, jak spin (moment pędu - red.). Gdy mamy parę elektronów o przeciwnym spinie, a jeden z nich się oddali, będziemy od razu wiedzieć, jaki był jego spin, na podstawie tego drugiego - dodał.

Ekspert przyznał przy tym, że fizyczna teleportacja, na przykład człowieka, jest daleko poza naszym zasięgiem.

- Potrzebne jest dużo energii, by człowieka złożyć z atomów. Atomy nie dbają o to, w czyim ciele są. To piękne, że potrafią tworzyć takie struktury, jak ludzie, którzy mogą następnie myśleć o takich zjawiskach - stwierdził.

PAP/Maciej Zieliński
Zaślepka materiału TVN24GO
TVN24 na żywo - oglądaj w TVN24 GO
Materiał jest częścią serwisu TVN24 GO

Autor:as//rzw

Źródło: tvnmeteo.pl

Pozostałe wiadomości