Kvantnycklar ska skydda våra hemligheter
Din bankinloggning, dina patientjournaler och dina privata meddelanden – allt bygger i dag på kryptering. Men morgondagens kvantdatorer kan slå hål på de nuvarande krypteringarna på några sekunder. För att ligga steget före utvecklar forskare vid KTH ny teknik som kan hålla vår kommunikation säker i decennier framöver.
Tänk dig att någon plötsligt kapar din internetbank. Alla lösenord, alla krypterade meddelanden du
någonsin skickat ligger i öppen dager. Det låter som science fiction, men den dag vi kopplar på nya kraftfulla kvantdatorer är scenariot högst verkligt.
– Dagens kryptering bygger på algoritmer som är svåra för vanliga datorer att lösa. Men en kvantdator skulle kunna knäcka dem på några sekunder, säger Hilma Karlsson, doktorand i en forskargrupp ledd av Vaishali Adya vid KTH.
På AlbaNova i Stockholm utvecklar Vaishali Adya och hennes kollegor metoder som ska säkra informationsflödena. Och det handlar inte bara om bankkonton. WhatsApp-meddelanden, penningöverföringar, patientjournaler eller myndighetskommunikation – allt som i dag krypteras är sårbart.
– Angripare kan redan nu samla in krypterade data för att sedan vänta på att tekniken blir tillgänglig för att låsa upp dem. Det här kallas för att ”skörda nu, dekryptera senare”, säger Vaishali Adya.
Nya metoder för kryptering
Men det gör också att tiden är knapp.
– Om dina data måste vara skyddade i 50 år och kvantdatorer kommer om 30 måste du börja kryptera på ett annat sätt – nu!, säger doktoranden Erik Svanberg som också ingår i forskargruppen.
Så hur överlistar man de mest kraftfulla datorerna som någonsin byggts? Lösningen kallas kvantnyckeldistribution (QKD). Till skillnad från dagens kryptering bygger den inte på matematiska problem utan på kvantfysikens egna lagar. Det inte är informationen i sig som skickas med hjälp av kvantfysik, utan en gemensam hemlig “nyckel” som sedan används för att låsa upp meddelandet. QKD fungerar tack vare en grundläggande kvantprincip:
– Om man genererar ett kvanttillstånd och mäter det, kollapsar det, förklarar Vaishali Adya.
– Alltså: Om någon försöker tjuvlyssna märks det direkt.
QKD sker med hjälp av ljus, men signalerna störs alltid av ett visst ”kvantbrus”. Forskargruppen vid KTH testar en teknik som kallas komprimerat, eller klämt, ljus – ett sätt att fördela bruset så att det blir mindre i den del av signalen som är viktigast.
– Att klämma ihop ljuset är ett elegant sätt att omfördela detta brus, säger Adya.
Hon illustrerar genom att ta en tom hushållsrulle och klämma ihop den lite. Rullen försvinner inte, men formen ändras: smalare i ena riktningen, bredare i den andra.
– Så här kan vi kan manipulera ljusets vågliknande egenskaper. Vi kan antingen mäta ljusets amplitud mycket exakt, eller dess fas – men inte båda samtidigt. Det är Heisenbergs osäkerhetsprincip*, förklarar Adya.
Genom att byta osäkerhetsfaktor framträder den intressanta delen av signalen tydligare när ljuset kläms. Det gör det lättare att dela en nyckel på ett säkert sätt, samtidigt som alla försök till avlyssning märks.
EU satsar på QKD
I forskargruppens labb står rader med svarta vibrationsdämpande lådor som håller de känsliga laserstrålarna stabila. Det är en del av en växande rörelse – i dag arbetar över 200 forskare i Sverige med kvantteknik.
I Europa byggs nu kvantsäkra kommunikationsnät där varje EU-land utvecklar sin egen QKD-infrastruktur, som i framtiden ska kopplas ihop över nationsgränserna. I Sverige leds satsningen av Katia Gallo vid KTH, och infrastrukturen ska skräddarsys efter landets specifika behov.
– Området kvantkommunikation utvecklas i rasande takt – det påminner om transistorernas genombrott, säger Adya.
– Och QKD är bara början. Specialkonstruerade kvanttillstånd, som klämt ljus, kan bana väg för många fler tillämpningar. Vi vet ännu inte var gränsen går.
Text: Anna Gullers