Kvantkryptering löser problemet med att skicka hemliga meddelanden på ett nytt sätt. Om någon tjuvlyssnar så märks det nämligen omedelbart.
– Kvantkrypto är inte nödvändigtvis säkrare än vanlig kryptering, säger Jan-Åke Larsson, docent vid institutionen för systemteknik vid Linköpings universitet.
– Men om vi någon gång får kvantdatorer så kommer saken i ett annat läge.
Kryptering i dag bygger på matematiska problem som är nästan olösliga. Nycklarna till den kryptering som används kan vara hundrasiffriga tal. De hundrasiffriga talen är två hemliga femtiosiffriga primtal, multiplicerade med varandra. (Ta reda på vilka två femtiosiffriga tal det är. Du har hundra år på dig.) Kvantdatorer – om och när någon lyckas bygga en – kan lösa uppgiften på en kafferast.
Så om det händer blir krypteringen som din internetbank använder lika säker som hänglåset på lillasyrrans dagbok.
Kvantkryptering är däremot, trots namnlikheten, immun mot kvantdatorer.
Kvantkryptering görs med ljus. Ljuset kan gå i optiska fibrer eller i fria luften. Ettor och nollor kodas som polarisering. (Se faktaruta.)
Studenterna i Linköping ska få bekanta sig med tekniken handgripligen. Institutionen för systemteknik har byggt en anläggning för kvantkrypto i skrivbordsformat.
När kvantkryptoriggen invigdes i april körde Helen Dannetun, dekanus för tekniska fakulteten, Lars Nielsen, prefekt för institutionen och vice prefekten Viiveke Fåk det klassiska upplägget där ”Alice” (Dannetun) skickar ett krypterat meddelande till ”Bob” (Nielsen) medan ”Eve” (Fåk) försöker uppsnappa det.
Viiveke Fåk måste, i rollen som Eve, gissa hur Alice och Bob valt att kommunicera.
Viiveke Fåk lyckades två gånger av två – ”hon har bra intuition, det är därför hon är så bra på säkerhet”, sade Lars Nielsen.
Att kvantkryptering alls är möjlig beror på ett fysiskt fenomen som först var ett tankeexperiment.
Självaste Albert Einstein formulerade tankeexperimentet 1935 tillsammans med två andra forskare. Det är känt som Einstein-Podolsky-Rosen-paradoxen, förkortat EPR. Einstein och hans kollegor ville visa på de absurda konsekvenserna av den dominerande synen på kvantfysik, Köpenhamnsskolan.
Einstein, Podolsky och Rosen beskrev ett experiment där en foton träffar en kristall som då skickar ut två fotoner i varsin riktning. Om den dominerande teorin, Köpenhamnsskolan, hade rätt så skulle de två fotonerna bete sig som ett par. Om man mätte en egenskap hos den ena, till exempel polarisering, så skulle man automatiskt veta hur det stod till med den andra fotonen.
Det låter kanske inte så konstigt, men det hör till att fotonerna uppträder som om de hängde ihop. Om den ena krockar med ett polariseringsfilter så märks det omedelbart på den andra.
Einstein tyckte att EPR-paradoxen bevisade att Köpenhamnssynen var absurd, men ungefär 40 år senare visades experimentellt att Einstein hade fel. Fotoner beter sig så.
Avsändaren skickar sina fotoner genom en kristall. Varje foton blir två fotoner. En går till mottagaren, en går tillbaka till avsändaren. Händer det något med en av tvillingfotonerna – till exempel att någon försöker mäta den – märks det omedelbart på den andra.
Detta trots att fotonerna, definitionsmässigt, rör sig med ljusets hastighet från varandra och därför rimligtvis inte kan kommunicera.
Kvantkryptering i den form som används i Linköping kodar ettor och nollor som polariserat ljus. Polariserat ljus består av ljusvågor som bara vibrerar i ett plan. Ettor kan till exempel kodas som vågrätt polarisering och nollor som lodrätt polarisering, alltså vinkelrätt mot ettorna. Det finns filter som bara släpper igenom ljus med rätt polarisering.
I kvantkryptering växlar man slumpmässigt mellan två slags polarisering: antingen 90 och 180 grader eller 45 och 135 grader. Alltså + eller x.
Den som tjuvlyssnar på kvantkrypterad kommunikation måste för varje etta och nolla gissa rätt på två saker. Först vilken vinkel som används, sedan ifall det är en etta eller nolla.
Gissar tjuvlyssnaren fel, vilket är statistiskt närmast oundvikligt även om meddelandet är kort, märker avsändaren omedelbart att någon är inne på linjen. Filtret har stoppat fotonen.
Kvantkrypering är tidskrävande och används bara för att komma överens om en hemlig nyckel för vanlig kryptering.
För att göra det särskilt besvärligt för en tjuvlyssnare utväxlas inte nyckeln som sådan. Avsändaren skickar en serie ettor och nollor som är polariserade i en slumpmässig blandning av 90/180 och 45/135 grader. Mottagaren har i förväg ställt in en egen sekvens av blandade polariseringar. Bara de ettor och nollor som har samma polarisering hos avsändare och mottagare används som nyckel.
Se Invigningen på video här.
