On yıllardır bilim insanları, kırılması imkânsız kuantum şifrelemenin kusursuz ışık kaynakları gerektirdiğini düşünüyordu. Ancak bir araştırma ekibi, minyatür “kuantum noktaları” ve akıllı yeni protokoller kullanarak bu anlayışı kökten değiştirdi.
Kusurlu ışığın daha güvenli çalışmasını sağlayarak, şifreli mesajların her zamankinden daha uzun mesafelere ve daha yüksek güvenlikle aktarılabileceğini kanıtladılar. Gerçek dünya testleri, yöntemlerinin mevcut en iyi sistemleri bile geride bıraktığını gösterdi.
Kuantum anahtar dağıtımı (QKD), yani kuantum mekaniğiyle “kırılamaz şifreleme” oluşturma bilimi, kırk yıldır tek bir temel şarta bağlıydı: mükemmel şekilde üretilmiş tek foton kaynakları. Ancak pratikte bu cihazların kusursuz üretilmesi son derece zor ve pahalı.
Bu yüzden alan uzun süredir, üretimi kolay ama güvenlik açısından sorunlu lazerlere dayanıyordu. Lazerler, içinde birkaç foton barındıran zayıf ışık darbeleri gönderiyor; bu da casusların aynı anda birden fazla fotondan bilgi “çalmasına” imkân tanıyordu.
Doktora öğrencileri Yuval Bloom ve Yoad Ordan’ın liderlik ettiği ekip, bu döngüyü kırdı. Kusursuz foton kaynaklarını beklemek yerine, kuantum noktalarına dayalı “sub-Poissonian” foton kaynaklarıyla çalışabilen iki yeni protokol geliştirdiler.
Nanoantenlerle desteklenen bu kuantum noktalarının optik davranışını hassas şekilde ayarlayarak, iki strateji önerdiler ve gösterdiler:
Kısaltılmış Yem Durum Protokolü: Çok fotonlu olayları ayıklayarak güvenliği artıran, mevcut protokollerin kusurlu foton kaynaklarına uyarlanmış yeni bir versiyonu.
İşaretli Saflaştırma Protokolü: Fazla fotonları anında “filtreleyerek” yalnızca gerçek tek foton bitlerinin kaydedilmesini sağlayan yöntem.
Laboratuvar deneyleri ve simülasyonlar, bu tekniklerin lazer tabanlı QKD yöntemlerinden çok daha iyi performans verdiğini, güvenli anahtar paylaşım mesafesini 3 desibelden fazla artırdığını gösterdi.
Ekip, oda sıcaklığında çalışan bir kuantum nokta kaynağıyla gerçek bir kuantum iletişim sistemi kurarak yeni protokollerini denedi. Sonuçlar, bu yöntemlerin yalnızca uygulanabilir değil, mevcut teknolojilerden üstün olduğunu kanıtladı.
Üstelik bu yöntem, geniş bir yelpazedeki kuantum ışık kaynaklarıyla uyumlu; bu da kuantum güvenli iletişimin maliyetini ve teknik zorluklarını büyük ölçüde azaltabilir.
Profesör Ronen Rapaport, “Bu, pratik ve erişilebilir kuantum şifrelemeye atılmış önemli bir adımdır. Kusursuz donanıma ihtiyacımız olmadığını, elimizdekini akıllıca kullanmamız gerektiğini gösteriyor,” dedi.
Eş-yazar Yuval Bloom ise, “Bu çalışmanın hem güvenli hem de uygun maliyetli gerçek kuantum ağlarının önünü açmasını umuyoruz. En güzel yanı, bunun için beklememiz gerekmiyor; halihazırda birçok laboratuvarda uygulanabilir,” ifadelerini kullandı.
