De svenska forskarna har flätat samman sex fotoner. Sammanflätningen av fotonerna kan få stora konsekvenser för sådant som kvantkryptering och kvantdatorer. Det meddelar KTH och Stockholms universitet i pressmeddelanden.

Forskarna är Magnus Rådmark, som nyligen doktorerade på en avhandling om sammanflätningen, och hans handledare, docent Mohamed Bourennane.

CS har talat med Magnus Rådmark, som sammanfattar en av möjligheterna med den så kallade sammanflätningen.

– Sex personer kan dela på hemlig information, säger Magnus Rådmark.

Alltså en person för varje sammanflätad foton. Tekniken är också robust – det ska mycket till för att informationen inte ska nå sina mottagare. Det handlar om så kallad kvantkryptering, en teknik som fortfarande är på utvecklingsstadiet, men som har demonstrerats experimentellt många gånger.


Riggen. Med denna utrustning demonstrerade Magnus Rådmark och Mohamed Bourennane robust kvantkommunikation.

Magnus Rådmark ska lämna den akademiska världen för industrin, och har inte ägnat sig åt praktiska tillämpningar. Han säger att det är svårt att avgöra hur långt den praktiska användningen av kvantkryptering har kommit:

– Det verkar vara lite hemlighetsfullt, kommenterar han.

Kvantkryptering har den fördelen att det är omöjligt för utomstående att tjuvlyssna utan att det märks. Om någon kopplar in sig på förbindelsen och försöker uppsnappa information förändras den omedelbart och blir oanvändbar.

Sammanflätningen, som beskrivs i en särskild ruta, innebär att två – eller numera sex – personer kan se att samma partikels tillstånd förändras utan att någon information passerar mellan dem.

Magnus Rådmark betonar att kvantkryptering är helt säker, men tillägger ”i princip”. Det som kan leda till störningar eller tjuvlyssning är brister i den tekniska utrustning som används. Den som vill tjuvlyssna kan inte komma åt förbindelsen, men de kan koppla in sig på någon av de vanliga datorer som finns i ändarna av kommunikationskedjan.

Den enkla beskrivningen är att kvantkryptering är omöjlig att tjuvlyssna på. Mer precist är det ett sätt att generera nycklar för kryptering.

Med kvantkryptering kan två personer generera två exakt likadana nycklar för kryptering – och det sker utan att nyckeln någonsin passerar mellan dem. Normalt måste nyckeln komma till båda parterna på något sätt.

En nyckel skapas genom att den ena parten genererar en serie ettor och nollor, kodar den på fotoner och skickar den till motparten. Motparten kan, av skäl som har med kvantfysik att göra, bara mäta tillståndet hos hälften av de inkommande fotonerna. Vilka det blir beror på slumpmässiga inställningar som mottagaren gör.

I nästa steg utbyter sändare och mottagare information som gör att båda kan avgöra vilka fotoner som är korrekt avlästa. De fotonernas tillstånd blir nyckeln. För en utomstående är informationsutbytet obegripligt.

Nyckeln passerar aldrig mellan sändare och mottagare. Det går inte heller att räkna ut den. Sedan används nyckeln för konventionell kryptering.

Nyligen visade kinesiska forskare ett sätt att avlyssna kvantkrypterad information, men Magnus Rådmark säger i en kommentar att deras metod angriper den tekniska utrustningen, inte själva metoden:

– Som författarna själva skriver är det inte så svårt införa åtgärder för att skydda sig mot den här typen av attack, förutsatt att man känner till principen bakom attacken. Det viktiga är att känna till sitt systems begränsningar och det här experimentet påvisar en sådan teknisk begränsning.

Sammanflätningen av sex fotoner innebär att man kan utveckla kommunikationsprotokoll med vilka sex personer, i stället för bara två, utbyter information på ett säkert sätt.

Magnus Rådmark berättar att tekniken är ovanligt okänslig mot störningar i form av brus.

– Inom i princip all kommunikation och databehandling krävs att bruset är lågt i förhållande till signalen. Även felkorrigeringsalgoritmer fungerar bara i de fallen. Om exempelvis alla bitar i en dator ändrades från 0 till 1 och vice versa skulle inget fungera längre.

– Mitt sex-foton-tillstånd är å andra sidan helt immunt mot en viss typ av brus, oavsett hur starkt det är. Om man till exempel skulle ändra tillståndet av varje enskild foton till det motsatta, som 1 till 0 och 0 till 1, så skulle det totala tillståndet vara konstant, säger Magnus Rådmark.

Fakta

Kvantkryptering innebär att man använder kvantfysiska fenomen för att skydda hemliga meddelanden från tjuvlyssnare.

Meddelandena kodas som egenskaper hos fotoner.

Om någon försöker tjuvlyssna störs kommunikationen omedelbart, vilket både sändare och mottagare märker.

De som ska kommunicera kan komma överens om en krypteringsnyckel utan att någon utomstående kan uppsnappa nyckeln.

Fenomenet sammanflätning, på engelska entanglement, gör att båda parter hela tiden ser vad som händer med informationen. Två fotoner på platser långt från varandra beter sig som om de hängde ihop. Om man mäter ett tillstånd hos en av dem kan man omedelbart förutsäga resultatet av mätningar hos den andra. Och varje försök att avläsa fotonens tillstånd leder till att tillståndet ändras.