به گزارش لایو ساینس گرچه این تکنولوژی جدید هنوز در یک شبکه آزمایشی به کار گرفته شده است، می‌تواند نخستین رمزنگاری کوانتومی اقتصادی و مقیاس‌پذیر باشد که با شبکه‌های فیبر نوری موجود به خصوص روی شبکه‌های توزیع برق و سایر زیربناهای حساس قابل کاربرد است.
کدهای غیرقابل شکستن
کامپیوترها در رمزنگاری پیام‌های رمزبندی شده‌ای را می‌فرستند که برای رمزگشایی نیاز به کلید دارند. اما تکنیک‌های رمزنگاری فعلی کاملا ایمن نیستند- و با استفاه از قدرت محاسباتی کافی و صرف وقت می‌توان آنها را هک کرد.
اما در رمزنگاری کوانتومی وضع به صورت دیگری است. ایده این رمزنگاری بر اساس یکی از پیامدهای عجیب و غریب مکانیک کوانتوم است- هنگامی فوتون نور از یک نقطه به نقطه دیگر حرکت می‌کند، حرکت ان وضعیتی غیرقطعی دارد. یک ناظر نمی‌تواند سوگیری، یا قطبی‌شدن فوتون را بدون آشفتن فوتون و تغییر دادن برآمد آن دریابد.
بنابراین اگر رمزنگاری پیامی سری با یک کلید کوانتومی انجام شود که در وضعیت اولیه یک فوتون رمزبندی شده است، در این صورت هر فرد خارجی که سعی کند این پیام را تفسیر کند باعث آشفتگی این ذرات و تغییر یافتن کلید خوهد شد.
کامل از لحاظ نظری
گرچه رمزنگاری کوانتومی از لحاظ نظری کامل به نظر می‌رسد با شبکه‌های موجود کار نمی‌کند، زیرا کلید کوانتومی را باید در هر گره یا نقطه اتصالی در یک شبکه به اشتراک گذاشت، و این کار نیاز به شناساگرهای گران‌قیمت فوتون در هر گره دارد. بنابراین هنگامی یک شبکه بزرگتر شود، هزینه سیستم به شدت بالا می‌رود.
ریچارد هیوز، فیزیکدان یکی از این پژوهشگران که در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس این شبکه را به راه انداخته‌اند، می‌گوید: "این شبکه گران‌قیمت است، و با ساختار عادی شبکه‌های فیبر نوری تطابق ندارد."
راه حل عملی
اما هیوز و همکارانش برای بیش از دو سال به طور مخفیانه یک شبکه آزمایشی کوچک را به راه انداخته بودند که ممکن است بر این مشکلات غلبه کرده باشد.
آنها به جای متصل کردن هر گره به گره دیگر، گره‌های این شبکه‌های آزمایشی را به یک قطب مرکزی (hub) متصل کرده بودند، یعنی حالتی مانند پره‌های چرخ دوچرخه. یک کلید کوانتومی برای رمزنگاری پیام‌های از این پره‌ها به قطب مرکزی فرستاده می‌شود و بازمی‌گردد. مادامی که این قطب مرکزی ایمن باشد، بقیه سیستم نیز ایمن خواهد بود.
در این طراحی جدید تنها قطب مرکزی می‌تواند کلیدهای کوانتومی را بخواند. صرفه‌جویی در هزینه و اندازه سیستم ناشی از این واقعیت است که نقاط دیگر شبکه کلیدها را شناساگرهای فوتونی گران‌قیمت نمی‌خوانند، در عورض کلیدهای کوانتومی را با استفاده از ناقل‌های لیزری کوچک ارسال می‌کنند. (این پره‌ها می‌توانند پیام‌های کلاسیک را بخوانند، فقط پیام‌های کوانتومی را نمی‌خوانند).
برای فرستادن پیامی از نقطه به نقطه دیگر (برای مثال از نقطه الف به ب)، هر دو گره به طور جداگانه کلیدی کوانتومی را به قطب مرکزی می‌فرستند. سپس گره الف پیام رمزنگاری‌شده‌اش را خواهد فرستاد که در قطب مرکزی رمزگشایی خواهد شد، و بعد این قطب مرکزی پیام را با به گره ب می‌فرستد، و در آنجا پیام با استفاه از کلید کوانتومی که گره ب به قطب مرکزی فرستاده بود، رمزگشایی می‌شود.
به گفته هیوز این رویکرد جدید اقتصادی‌تر است و به علت اینکه از ساختار پره دوچرخه‌ای (hub-and-spoke) استفاده می‌کند که در بسیاری از شبکه‌های فیبر نوری هم به کار می‌رود، به راحتی می‌توان آن را به زیربنای ارتباطی موجود متصل کرد.
به گفته این پژوهشگران این سیستم جدید را می‌تواند در زیربناهای حساس مانند شبکه‌های برق به کار برد. آنها قصد دارند سال آینده این سیستم را روی شبکه برق آزمایشگاه امتحان کنند.
آنها همچنین آینده دورتری را توصیف می‌کنند که در آن افراد لپ‌تاپ ها یا تبلت‌های‌شان را به شبکه‌ای ایمن متصل می‌کنند، و کلیدهای رمزنگاری کوانتومی را دریافت می‌کنند که می‌تواند برای ایمن کردن مکالمات تلفنی یا ای میل‌ها در بیرون از این شبکه به کار رود.