Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 84)

Mật mã lượng tử

Mã hóa an toàn dữ liệu giữ một vai trò ngày càng quan trọng trong thời đại thông tin của chúng ta. Nó thường liên quan đến các thuật toán dựa trên những chuỗi số dài hầu như không thể bẻ khóa bằng các kĩ thuật điện toán truyền thống. Tuy nhiên, trong tương lai các máy tính lượng tử có thể dễ dàng bẻ khóa những bộ mã này, vì thế các hệ thống có khả năng sẽ được xây dựng trên sự mã hóa lượng tử vô phương bẻ khóa.

Trong một hệ thống mật mã lượng tử tiêu biểu, người gửi mã hóa các photon với dữ liệu nhị phân bằng cách điều chỉnh sự thẳng hàng spin của chúng. Người nhận cho các photon đi qua một bộ lọc (nắn hình + hoặc x), và công khai hỏi người gửi họ đã chọn bộ lọc đúng chưa tại mỗi giai đoạn, còn thông tin phi lượng tử bị kẻ nghe trộm tiếp sóng sẽ là vô nghĩa nếu không có ngữ cảnh. Mọi nỗ lực can thiệp vào tín hiệu sẽ làm thay đổi trạng thái spin của các photon, cho biết có ai đó đang can thiệp. Để an toàn hơn nữa, người ta không nhất thiết phải gửi đi các photon: thay vậy, thông tin có thể được gửi đi bằng sự viễn tải lượng tử.

Mật mã lượng tử

Viễn thông

Hệ thống viễn thông hiện đại được xây dựng trên vi sóng, laser và sợi quang. Đặc biệt, laser là một hiện tượng lượng tử được tạo ra bằng cách kiểm soát các photon được các electron phát ra khi chúng nhảy giữa các mức năng lượng. Cường độ của chúng cho phép tín hiệu kĩ thuật số, ở hình thức các xung ánh sáng laser, lan truyền trên những khoảng cách lớn trong cáp quang mà không tiêu hao năng lượng.

Trong tương lai gần, với việc bảo mật dữ liệu ngày càng trở nên quan trọng, mật mã lượng tử chống trộm chắc chắn sẽ được triển khai rộng rãi hơn trong các mạng viễn thông. Vào năm 2016, Trung Quốc đã phóng vệ tinh truyền thông lượng tử đầu tiên, tên gọi là Mozi. Vệ tinh này tích hợp sự mã hóa khóa lượng tử và, nếu thành công, sẽ tạo ra một mạng không dây không thể nào hack được. Những bước ban đầu trong việc thiết lập các kết nối mã hóa lượng tử với một vệ tinh ở xa thật không đơn giản, nhưng trong vài năm tới chính phủ Trung Quốc dự tính sẽ có mạng lưới truyền thông lượng tử đầu tiên nối giữa châu Âu và châu Á.

Viễn thông