CHÌA KHÓA DẪN TỚI NỀN CÔNG NGHIỆP LƯỢNG TỬ

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

46
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'chìa khóa dẫn tới nền công nghiệp lượng tử', tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHÌA KHÓA DẪN TỚI NỀN CÔNG NGHIỆP LƯỢNG TỬ

CHÌA KHÓA D N T I N N CÔNG NGHI P LƯ NG T Công ngh khai thác các quy lu t kì l c a cơ h c lư ng t mb os an toàn c a các tin nh n ã mã hóa là s n ph m u tiên c a n n công nghi p thông tin lư ng t v i t i ư c th trư ng, như Andrew Shields và Zhiliang Yuan gi i thích. Như các lí thuy t ti n tri n, cơ h c lư ng t nh t nh ã thành công. Không k nhi u tiên oán phi tr c giác c a nó, cơ h c lư ng t ã mang l i m t s mô t chính xác th gi i nguyên t trong hơn 80 năm qua. Nó cũng là m t công c thi t thi t y u trong vi c ch t o các chip máy tính ngày nay và các ĩa c ng, cũng như laser dùng trong truy n thông s i quang c a Internet. Tuy nhiên, hi n nay, kh năng i u khi n tr ng thái lư ng t c a t ng h t h nguyên t m t ang cho phép chúng ta khai thác nh ng tính ch t kì l c a thuy t lư ng t m t cách tr c ti p hơn nhi u trong công ngh thông tin. Chúng ta thư ng nghĩ r ng thông tin là tr u tư ng, nhưng th t ra m i thông tin u yêu c u m t môi trư ng v t lí cho quá trình x lí, lưu tr và truy n thông c a nó. ơn v cơ b n c a thông tin – m t bit, có th là 0 ho c 1 – có th bi u di n v m t v t lí, ví d , b ng dòng i n trong m t m ch i n ho c b ng ánh sáng trong s i quang. Khi thông tin ư c bi u di n b ng nh ng h v t lí nh hơn bao gi h t, các hi u ng lư ng t tr nên càng quan tr ng. Gi i h n cu i cùng xu t hi n khi các bit ư c bi u di n b ng tr ng thái lư ng t c a m t h t, ví d như s phân c c c a m t photon. Áp d ng cho thông tin, thuy t lư ng t nêu ra m t s tiên oán r t kì qu c. Nh ng tiên oán này không ch ư c quan tâm là m t phép ki m tra c a cơ h c lư ng t , mà còn có th mang l i cho chúng ta nh ng ng d ng th c ti n không th có ư c ơn gi n v i công ngh thông tin “c i n”. Ví d , m t máy tính lư ng t s làm vi c v i các bit có th v a là “0” v a là “1” cùng m t lúc, cho phép nó gi i ư c nh ng bài toán nh t nh h u như không gi i ư c b ng m t chi c máy tính thư ng– ví d như bài toán tìm th a s c a m t s r t l n. M c dù nh ng chi c máy tính lư ng t th c t s m t nhi u năm n a phát tri n, nhưng m t hi n thân c a n n công ngh thông tin lư ng t v a m i tr thành hi n th c: ó là m t mã lư ng t . Phương pháp g i tin nh n c c kì an toàn này d a trên m t nguyên lí cơ b n r ng vi c o m t tr ng thái lư ng t s , nói chung, làm bi n i nó. Như v y, n u chúng ta mã hóa tin nh n thành t ng tr ng thái lư ng t m t, ví d như pha c a các photon truy n trong s i quang, thì k nghe tr m c ch n dòng tin nh n không th nào tránh vi c làm bi n i nó. Do ó, chúng ta có th © hiepkhachquay Chìa khóa d n t i n n công nghi p lư ng t | Trang 1/10
ki m tra xem tin nh n có b c trư c khi nó i t i ngư i nh n mong i hay không – ây là vi c không th th c hi n ư c b ng các tín hi u c i n. Ti m năng thương m i c a m t mã lư ng t ã thu hút ư c u tư tư nhân m t vài công ti m i Mĩ và châu Âu. Công ti Id Quantique, ch ng h n, phát tri n t nghiên c u tiên phong t i trư ng i h c Geneva; còn Mĩ, các phát tri n thương m i ư c d n u b i MagiQ Technologies, t New York và Massachusetts. G n ây, m t công ti m i th ba tên g i là SmartQuantum ã ư c thành l p Brittany, Pháp, và các t p oàn l n như HP, IBM, Mitsubishi, NEC, NTT và Toshiba u có các chương trình m t mã lư ng t ang ho t ng. V i m t s s n ph m m t mã lư ng t v a có m t trên th trư ng, n n công nghi p thông tin lư ng t ã ra i. Chìa khóa b o m t M t mã là m t ph n thi t y u c a máy tính và h th ng vi n thông ngày nay, chúng b o v m i th t các thư i n t kinh doanh cho n các giao d ch ngân hàng và mua s m qua Internet. Thông tin thư ng ư c gi bí m t b ng m t công th c toán h c g i là thu t toán mã hóa, cùng v i m t “khóa” bí m t ngư i g i s d ng tr n tin nh n thành m t d ng mà k nghe tr m không th nào hi u ư c. Ngư i nh n sau ó s d ng m t khóa tương t - thư ng là m t s nh phân dài – v i thu t toán gi i mã c tin nh n. M c dù các thu t toán hi n i, như Chu n mã hóa tiên ti n (AES) r t khó b phá v n u như không có khóa, nhưng h th ng này có m t như c i m hi n nhiên: ó là khóa ph i ư c bi t v i c hai phía. Như v y, bài toán truy n thông kín quy v bài toán làm sao phân ph i nh ng khóa này m t cách an toàn – tin nh n mã hóa khi ó chính nó có th ư c an toàn g i i theo m t kênh công c ng (hình 1). M t phương pháp ph bi n là s d ng m t i tư ng mang an toàn v n chuy n khóa t nơi g i n nơi nh n. Hình 1. Alice mu n g i cho Bob m t tin nh n bí m t – ví d như m t b n giao d ch ngân hàng – trên m t kênh vi n thông có kh năng không an toàn. làm vi c này, Alice và Bob ph i chia s m t khóa bí m t – ó là m t s nh phân dài. Sau ó, Alice có th mã hóa tin nh n c a cô thành “m t mã” b ng m t khóa chung v i thu t toán mã hóa, ví d như AES. M t mã sau ó có th ư c truy n i b ng m t kênh d li u bình thư ng, khi ó k nghe tr m s không th hi u ư c, và Bob có th s d ng khóa ó gi i mã tin nh n. Trái v i phương pháp truy n th ng c a s phân ph i khóa, ví d m t i tư ng mang ư c tin c y, m t mã lư ng t m b o s an toàn c a khóa ó. Khóa cũng có th thư ng xuyên thay i, do ó làm gi m nguy cơ b ánh c p ho c b suy ra b i m t phép phân tích th ng kê gi i mã c a m t mã. Tuy nhiên, b t c phương pháp phân ph i nào d a trên con ngư i cũng làm t n h i các khóa do t ý ho c b ép bu c ti t l . Trái l i, m t mã lư ng t , hay s © hiepkhachquay Chìa khóa d n t i n n công nghi p lư ng t | Trang 2/10
phân ph i khóa lư ng t chính xác hơn (QKD), mang l i m t phương pháp t ng phân ph i các khóa bí m t b ng s i quang truy n thông chu n. c trưng mang tính cách m ng QKD là nó v dĩ an toàn: gi s r ng các nh lu t c a thuy t lư ng t là úng, thì chúng ta có th ch ng minh khóa ó không th b k nghe tr m thu ư c mà không có s hi u bi t c a ngư i g i và ngư i nh n. Hơn n a, QKD cho phép khóa thay i thư ng xuyên, làm gi m nguy cơ m t tr m khóa, ho c “gi i mã”, trong ó k nghe tr m phân tích các ki u trong tin nh n mã hóa suy lu n ra kháo bí m t. Phương pháp u tiên cho s phân ph i các khóa bí m t mã hóa trong nh ng tr ng thái lư ng t ư c xu t vào năm 1984 b i các nhà v t lí lí thuy t Charles Bennett t i IBM và Gilles Brassard t i trư ng i h c Montreal. Trong giao th c “BB84” c a h , m t bit thông tin ư c bi u di n b ng tr ng thái phân c c c a m t ơn photon – ví d “0” là phân c c ngang, “1” là phân c c d c. Ngư i g i (Alice) truy n m t chu i ơn photon phân c c n ngư i nh n (Bob) và b ng cách ti n hành m t lo t phép o lư ng t và truy n thông công c ng, h có th thi t l p m t khóa chia s và ki m tra xem k nghe lén (Eve) có ch n ư c b t c bit nào thu c khóa này trên ư ng i hay không. Giao th c BB84 không nh ng cho phép chúng ta ki m tra vi c nghe tr m, mà còn m b o Alice và Bob có th thi t l p m t khóa bí m t d u cho Eve ã xác nh ư c m t s bit trong chu i nh phân chia s c a h , b ng m t kĩ thu t g i là “khu ch i riêng”. Ch ng h n, gi s như Eve ã bi t ư c 10% bit c a khóa mà Alice và Bob chia s . Nh n th c ư c i u này, Alice và Bob khi ó có th cùng ng ý c ng thêm vào m i c p bit k nhau t o thành m t chu i m i có chi u dài phân n a. Eve cũng có th làm vi c này, nhưng vì cô ta s c n ph i bi t c bit trong c p xác nh chính xác t ng c a chúng, nên cô ta s nh n th y r ng b y gi cô ta chia s m t ph n th p hơn nhi u c a chu i bit m i cùng v i Alice và Bob. Có quá nhi u th v nguyên t c. Trên th c t , vi c phát ra các xung ơn photon mà BB84 yêu c u không h ơn gi n. B t ch p nh ng ti n b g n ây trong vi c s d ng các nguyên t c l p ho c các ch m lư ng t bán d n phát ra các ơn photon, a s h QKD th c t s d ng xung laser y u truy n các bit hình thành nên khóa ó. Phương pháp này có m t như c i m: laser s th nh tho ng phát ra các xung ch a hai ho c nhi u photon, m i photon trong s ó s cùng m t tr ng thái lư ng t . K t qu là Eve có th tách ra m t trong s các photon này và o nó, ng th i cho các photon khác không b xáo tr n, nh ó xác nh ư c m t ph n c a khóa mà v n không b phát hi n. T i t hơn n a, b ng cách ch n các xung ơn photon và ch cho phép các xung a photon truy n t i Bob, Eve có th xác nh ư c toàn b khóa. Cho n khi nh ng ngu n ơn photon th t s tr nên có th mua ư c v phương di n thương m i, thì bi n pháp phòng ng a ph bi n nh t là làm suy y u nhi u laser h n ch t l c a các xung a photon. Tuy nhiên, vi c này cũng có nghĩa là nhi u xung không có photon nào c , làm gi m t c mà khóa có th ư c truy n i. Năm 2003, m t th thu t m i nh m l n tránh v n này ã ưc xu t b i Hoi-Kwong Lo t i trư ng i h c Toronto và Xiang-Bing Wang D án tính toán và thông tin lư ng t , t i Tokyo, d a trên công trình trư c ó c a Won-Young Hwang, t i trư ng i h c Northwestern, Mĩ. © hiepkhachquay Chìa khóa d n t i n n công nghi p lư ng t | Trang 3/10
Ý tư ng c a h là r i các xung tín hi u m t cách ng u nhiên v i m t s “xung m i” y u hơn v trung bình và r t hi m khi có ch a m t xung a photon. N u Eve c g ng t n công tách xung, cô ta s , do ó, làm truy n xung m i n Bob ít hơn so v i các xung tín hi u. B i v y, b ng cách ki m tra s truy n c a các xung m i và xung tín hi u tách bi t nhau, cu c t n công c a Eve có th b phát hi n. i u này có nghĩa là các xung laser m nh hơn có th ư c s d ng m t cách an toàn – ch ng h n, h i năm ngoái, t i Toshiba, chúng tôi ã ch ng minh ư c s tăng 100 l n t l các khóa ư c truy n i m t cách an toàn trên m t s i quang dài 25 km. Giao th c xung m i ã gây nên s kích thích l n trong c ng ng QKD, v i b n nhóm c l p nhau ã v a công b nh ng lu n ch ng th c nghi m c a kĩ thu t ó. Các xung laser y u không ph i là cách th c duy nh t th c hi n m t mã lư ng t . Ví d , QKD s d ng m t ngu n ơn photon th t s m i ây ã ư c ch ng minh t i trư ng i h c Stanford, CNRS Orsay và Toshiba. Hơn n a, vào năm 1991, Artur Ekert, lúc y còn là nghiên c u sinh ti n sĩ t i trư ng i h c Oxford, ã mô t m t bi n th cho giao th c BB84 khai thác m t tiên oán ph n tr c giác khác c a cơ h c lư ng t : ó là s r i. Các c p photon b b y có tr ng thái lư ng t tương quan m nh m v i nhau, cho nên vi c o photon này nh hư ng t i s o photon kia. N u Alice và Bob, m i ngư i có m t c a c p photon ó, thì do ó h có th s d ng phép o c a mình trao i thông tin. Kĩ thu t này ã ư c ch ng minh b i các nhà nghiên c u t i trư ng i h c Vienna, Phòng thí nghi m qu c gia Los Alamos và trư ng i h c Geneva, và ã ư c s d ng năm 2004 chuy n ti n gi a ngân hàng Vienna City Hall và m t ngân hàng Áo. Tuy nhiên, QKD laser y u là phương pháp c n tr ng nh t, và cơ s c a h QKD thương m i ngày nay ang phát tri n ra th trư ng. QKD th c t Thông tin có th ư c mã hóa thành tr ng thái lư ng t c a các photon theo m t vài cách khác nhau. B ng ch ng th c nghi m u tiên c a QKD do Bennett và Brassard th c hi n năm 1989 trên 30 cm không khí s d ng tr ng thái phân c c c a các photon. Tuy nhiên, s truy n các photon d c theo s i quang có th làm ng u nhiên hóa s phân c c c a chúng, nên m t phương pháp t t hơn do Paul Townsend i tiên phong, trư c ây là nhân viên BT Labs Anh, là làm bi n i pha c a photon. Trong phương pháp này, các xung laser y u ư c Alice bơm vào giao thoa k . B ng cách thi t t i n th khác cho “ i u bi n pha” m t cánh c a giao thoa k , Alice có th mã hóa các bit dư i d ng s l ch pha gi a hai xung ló ra g i n Bob – ví d v i 0o bi u di n cho “0” và 180o bi u di n cho “1”. Sau ó, Bob cho truy n xung qua m t giao thoa k khác và xác nh máy dò nào trong s hai máy dò c a anh ta, tương ng v i “0” và “1”, mà chúng ló ra t i ó (xem hình 2). cho k ho ch này ho t ng ư c, chúng ta ph i gi cho chi u dài tương i c a các ư ng truy n giao thoa trong giao thoa k c a Alice và c a Bob n nh n vài ch c nano mét. Tuy nhiên, s thay i nhi t ch m t ph n m c nh cũng làm phá v s cân b ng này. M t gi i pháp tài tình gi i quy t v n này ư c nêu ra vào năm 1997 b i nhóm Geneva ã ưa t i h QKD u tiên n nh cho vi c s d ng ngoài phòng thí nghi m. Ý tư ng là g i các xung laser theo m t l trình vòng tròn t Bob t i Alice và r i tr l i Bob sao cho b t kì s thay i nào chi u dài tương i cánh tay giao thoa k u b xóa b . M t h QKD d a trên thi t © hiepkhachquay Chìa khóa d n t i n n công nghi p lư ng t | Trang 4/10
k này hi n nay ã có bán v i giá kho ng 100.000 pound, do công ti spin-out Id Quantique thu c trư ng i h c Geneva s n xu t. Hình 2. Khi dùng s i quang phân b khóa lư ng t , các giá tr bit thư ng ư c mã hóa thành pha c a các photon riêng r b ng con ư ng giao thoa k . Photon do Alice phát ra có th truy n b ng m t trong hai ư ng trong giao thoa k c a cô ta, và tương t qua thi t b c a Bob. Khi ư ng i (màu xanh lá) qua vòng l p ng n c a giao thoa k c a Alice và vòng l p dài qua giao thoa k c a Bob h u như cùng úng dài như l trình khác (màu tía) qua vòng l p dài c a Alice và vòng l p ng n c a Bob, thì các ư ng i s ch u s giao thoa quang h c. B ng cách áp t m t s tr pha cho m i m t trong s hai photon, Alice và Bob có th xác nh ư c xác su t mà m t photon s i ra t i m t trong hai máy dò c a Bob – tương ng v i “0” và “1”. Ví d , n u như Bob t m t s tr pha 0o, thì Alice có th làm cho photon ó i ra t i “0” ho c “1” b ng cách áp t s tr pha cho b ph n i u bi n c a cô ta tương ng là 0o ho c 180o. thi hành giao th c BB84 (xem ph n nói v giao th c BB84 bên dư i), Alice áp t m t trong b n tr pha có kh năng (-90o, 0o, 90o, 180o) cho b i u bi n c a cô ta, trong ó pha 0o ho c 90o bi u di n cho “0” và pha -90o ho c 180o bi u di n cho “1”. Trong khi ó, Bob ch n m t pha 0o ho c 90o ti n hành các o c c a anh ta. N u s chênh l ch gi a pha c a Alice và c a Bob là 0o ho c 180o thì ch n l a c a h tương thích v i nhau, còn n u nó là ± 90o thì h không tương h p nhau và Bob s o ư c m t giá tr bit ng u nhiên. S d ng m t kênh truy n thông c i n, Bob và Alice có th g i i s ch n l a tương thích c a h hình thành nên m t khóa b o m t chia s . T i phòng thí nghi m Toshiba Cambridge, chúng tôi ã phát tri n m t kĩ thu t n bù khác cho phép các xung ư c g i ch theo m t chi u, b ng cách g i m t xung tham chi u chưa qua i u bi n cùng v i m i xung tín hi u. Các xung tham chi u này ư c dùng như tín hi u ph n h i cho d ng c căng dài t nhiên s i quang trong m t trong hai cánh tay c a giao thoa k bù l i cho b t kì s thay i nào do nhi t . Trong các th nghi m v i máy m ng Verizon, h QKD m t chi u ho t ng liên t c trong m t tháng tr i mà không yêu c u b t c s i u ch nh th công nào. Chúng ta có th ư c nh hi u su t c a h QKD b ng t c mà các bit an toàn có th ư c trao i. T c bit an toàn càng nhanh, thì khóa có th thay i càng thư ng xuyên hơn, do ó h n ch ư c s gi i mã. T c bit an toàn i n hình cho các h QKD hoàn ch nh là trong ngư ng 10-50 kbit/s cho ư ng d n s i 20 km. M c dù con s này trông có v th p so v i t c d li u truy n i trong vi n thông quang h c (thư ng là 1-40 Gbit/s), nhưng nó cũng cho 200 khóa mã hóa AES (m i khóa ch a 256 bit) g i i trong m t giây – cũng cho nh ng ng d ng mã hóa thông d ng nh t. Tc bit an toàn có th thu ư c gi m theo chi u dài c a ư ng liên k t quang do s tán x c a các photon ra kh i s i quang. Vì lí do này, hi u su t t t nh t thư ng thu ư c khi s d ng các photon có bư c sóng 1,55 µm, t i bư c sóng ó, s i quang chu n là trong su t nh t. Tuy nhiên, khi s i quang quá dài t c tín hi u tr nên sánh ư c v i t c m sai trong máy dò photon c a Bob, nên vi c g i m t khóa an toàn không còn th c hi n ư c. i v i các máy dò bán d n chu n © hiepkhachquay Chìa khóa d n t i n n công nghi p lư ng t | Trang 5/10
indiuum gallium arsenide (InGaAs) dùng phát hi n các photon 1,55 µm, kho ng cách này hi n nay là kho ng 120 km. M i ây, nhóm nghiên c u Los Alamos ã s d ng m t máy dò bán d n nhi u th p m r ng khóa an toàn cho s i quang dài 150 km. i u c bi t quan tr ng là nh ng kho ng cách này là dài cho h u h t m i kh u l p tìm th y trong các m ng cáp quang ngày nay. M c dù r i ro c a vi c gi i mã ã ư c gi m b t b i vi c s d ng QKD thư ng xuyên làm tươi khóa mã hóa, nhưng nó không hoàn toàn b lo i tr . Tuy nhiên, i u này có th thu ư c b ng cách mã hóa tin nh n s d ng “ m c u” yêu c u m t s khóa ng u nhiên ch a cùng s bit như tin nh n. M i bit c a tin nh n ư c mã hóa b ng cách c ng nó v i bit tương ng trong khóa b ng s h c. Cho r ng s phân b khóa là tuy t i an toàn, khi nó s d ng QKD, và khóa chưa h b ch n l i, thì m c u hoàn toàn không b t n công. M t khác thì chi u dài c a khóa ph i b hoán i. T c bit QKD cho phép s truy n thông ti ng nói tuy t i an toàn b ng m c u. Trong tương lai, t c bit cao hơn s cho phép s an toàn này ư c m r ng cho nh ng d ng d li u khác. Tc bit hi n nay b h n ch b i m c thư ng xuyên mà máy dò InGaAs có th phát hi n m t photon, hi n nay là m t trong m i 100 ns. Máy dò photon n n silicon có th ho t ng h u như nhanh hơn 1000 l n, nhưng chúng ch nh y v i các photon bư c sóng ng n hơn. Khi ch t lư ng c a máy dò InGaAs ư c c i thi n trong vòng vài ba năm t i, chúng ta có th ch i t n s c a chúng b t k p v i silicon, d n t i t c bit QKD có b c l n cao hơn. Trong th i gian chuy n ti p, có nh ng k t qu áng khích l cho th y các tinh th phi tuy n có th ư c dùng làm l ch các photon 1,55 µm sang nh ng bư c sóng ng n hơn mà v i chúng máy dò silicon nhanh hơn có th ư c s d ng. T c dò cao hơn cũng ã ư c ch ng minh b ng máy dò dây nano siêu d n, và nh ng ti n b m i ây v i máy dò trên n n ch m lư ng t cũng r t áng khích l . Ti n t i m t m ng lư ng t M t trong nh ng ng d ng th c t u tiên c a QKD là b o m t liên k t s i quang gi a các a i m tương quan trong m t thành ph . Các công ti ang tăng cư ng s d ng các k t n i quang băng thông r ng gi a các văn phòng, trung tâm s li u, tr m server và các v trí ph c h i th m h a thu ư c t c và s ti n l i c a m t m ng c c b trên m t di n tích a lí r ng hơn. Trong nh ng ngày u c a vi c tri n khai s i quang, s mi n d ch i v i vi c “bòn rút” d li u nh y c m thư ng ư c xem là m t s thu n l i ch y u so v i s i cáp ng. Nhưng trong th c t , vi c nghe tr m v phía s i quang là trích l y m t ph n ánh sáng; và, trong s v ng m t c a m t mã lư ng t , nó h u như không th b phát hi n. T i Toshiba, chúng tôi ã phát tri n m t “máy mã hóa liên k t” có th g i d li u t c 1 Gbit/s gi a các i m liên h p, k t h p s mã hóa d li u AES v i s phân b khóa an toàn b ng QKD m t chi u (xem hình 3). Trong khi ó, id Quantique loan báo r ng s thi t t b mã hóa liên k t “Vectis” c a mình gi a hai trung tâm c a công ti lưu tr d li u IX Europe Zurich. Mĩ, MagiQ Technologies m i ây ã phát tri n liên k t mã hóa riêng c a mình, nh m t i m c tiêu là các ng d ng chính ph , g m các ng d ng quân s , h i ngh thông minh, và qu c phòng. © hiepkhachquay Chìa khóa d n t i n n công nghi p lư ng t | Trang 6/10
Hình 3. H th ng m t mã lư ng t c a Toshiba g m hai h p quang và i n, t hai nơi liên k t v i nhau b ng s i quang và ư c thi t k nămg g n bên trong giá truy n thông chu n. Toàn b d li u cho m t ơn v ư c mã hóa và truy n qua s i quang n ơn v ó v trí khác, nơi chúng ư c gi i mã. M t bư c ti p theo quan tr ng s m r ng QKD t m t liên k t i m- i m thành m t “m ng lư ng t ” cho s phân b khóa. M ng cho phép công ti k t n i nhi u nơi m t cách an toàn và thêm vào nh ng nơi m i v i chi phí tăng thêm. Ngoài ra, chúng cho phép quy mô QKD tăng lên t chi u dài c a m t liên k t s i quang n b t kì kho ng cách nào mà m ng bao ph , và b o v ch ng l i s m t mát c a t ng liên k t m t b i lưu lư ng g i t ng xung quanh chúng. Tháng 10 năm 2003, BBN Technologies ã thi t t m t m ng QKD thô sơ nhưng tiên phong Cambridge, Massachusetts, n i v trí c a h v i trư ng i h c Harvard và Boston. Công ti cho th y có kh năng lái dòng ơn photon gi a nh ng ơn v nh n khác nhau b ng m t công t c quang, và nó cũng nêu ra ý tư ng “s tr khóa” theo chu i nút tin c y. ây, m i c p nút li n k trong chu i ch a khóa c c b riêng c a nó. M t khóa toàn c u khi ó có th ư c g i t u này c a chu i n u kia, trên b t c kho ng cách nào, b ng cách s d ng các khóa c c b và m c u mã hóa t ng bư c nh y. M t h ph c t p hơn hi n nay ang trong quá trình phát tri n b i consortium SECOQC châu Âu, m t chương trình h p tác c a các nhà nghiên c u QKD hàn lâm và công nghi p, nh ng ngư i vi t m t mã c i n và các kĩ sư truy n thông. Ngư i ta ang phát tri n các giao th c yêu c u cho s nh tuy n, lưu tr và i u khi n các khóa bên trong m t m ng lư i v nguyên t c có th r t r ng. M t s th c hi n th nghi m m ng lư ng t ã ư c lên k ho ch trong năm 2008 s cho phép hai ngư i dùng m t vài a i m hai bên thành Vienna thi t l p m t khóa chia s . Các h th ng QKD này th a nh n r ng các nút trung gian là an toàn, chúng có tính th c ti n n u như h th ng ư c i u hành b i m t nhà cung c p d ch v ơn l . Tuy nhiên, trong tương lai, chúng ta có th n i r ng i u ki n này b ng m t d ng c g i là “b l p lư ng t ”. B l p lư ng t ho t ng trên nguyên t c “truy n thông” lư ng t , nh ó m t tr ng thái lư ng t ư c d ch chuy n t nơi này sang nơi khác, v nguyên t c là trên kho ng cách tùy ý, b ng cách s d ng m t c p h t b b y. Nh ng phát tri n m i ây như d ng c bán d n dùng phát ra các c p photon b b y và truy n các tr ng thái lư ng t gi a các photon và nguyên t mang b l p lư ng t ngày càng ti n g n hơn n th c ti n. Trong khi ó, m t phương án khác là s d ng h th ng cáp quang g i các khóa lư ng t trên nh ng kho ng cách xa có th s d ng các liên k t không gian t © hiepkhachquay Chìa khóa d n t i n n công nghi p lư ng t | Trang 7/10
do n các v tinh vi n thông qu o th p. Năm 2006, m t s c ng tác gi a các nhà nghiên c u t i trư ng i h c Vienna, Munich và Bristol ã ti n hành m t liên k t không gian t do trên 144 km gi a Tenerife và La Palma. Buôn bán m t mã lư ng t T b ng ch ng u tiên trong phòng thí nghi m trên 30 cm không khí cho t i các h th ng cáp quang m i nh t ho t ng trên 100 km, QKD ch c ch n ã phát tri n m t bư c dài trong hai th p k v a qua. Công ngh ó ã thu g n vào kích thư c c a thi t b m ng i n hình và hoàn toàn t ng. Nhưng b t ch p nh ng ti n b kĩ thu t, v n có nh ng rào c n áng k cho vi c ch p nh n các công ngh mã hóa m i. M tvn có liên quan t i QKD là vi c buôn bán công ngh d a trên cơ h c lư ng t cho các khách hàng thư ng bi t chút ít v v t lí và ã quen v i m t mã truy n th ng. M t tr ng i khác là s thi u quá trình ch ng nh n an toàn cho thi t b . Ngư i s d ng ph i ư c m b o QKD không nh ng t t v m t lí thuy t, mà còn ư c b sung an toàn b i các i lí cung c p. i u áng khích l là có m t vài sáng ki n ang trong quá trình thi t l p các chu n an toàn chung cho QKD. Khi th trư ng cho QKD phát tri n, chúng ta có th mong r ng giá c a thi t b s gi m i nhi u. Trong vòng 10 năm, chúng ta có th nhìn th y QKD không nh ng ư c dùng trong các m ng tương quan và chính ph , mà còn trong các m ng ph c v ngư i dùng gia ình. S i quang ã ư c s d ng phân phát d ch v truy n hình, i n tho i và Internet cho nh ng ngư i dùng trong nhà m t vài qu c gia. M c dù các h th ng QKD hi n nay là quá t cho nh ng ng d ng như th , nhưng chúng có th tr nên ng v ng n u như s t i thi u hóa n kích thư c micro chip và kh i lư ng s n xu t d n t i s gi m giá thành như mong i. Ngày mà các s n ph m c a n n công nghi p thông tin lư ng t ph c v các h gia ình có l không ph i là quá xa. Giao th c BB84 © hiepkhachquay Chìa khóa d n t i n n công nghi p lư ng t | Trang 8/10
M t mã lư ng t là m t phương pháp phát ra m t khóa b o m t chia s c th dùng mã hóa và gi i mã tin nh n, ch ng h n b ng cách mã hóa thông tin thành tr ng thái phân c c c a t ng photon. Trong giao th c BB84, ngư i g i (Alice) truy n các photon n ngư i nh n (Bob) theo m t trong b n tr ng thái phân c c khác nhau: ngang (H), d c (V), chéo (D, 45o), và chéo ngư c l i (A, -45o). i v i m i photon mà cô ta g i i, Alice ch n ng u nhiên m t trong nh ng tr ng thái phân c c này, v i H ho c D bi u di n cho giá tr bit “0” (màu ) và V ho c A bi u di n “1” (màu lam), tùy thu c vào “cơ s ” mà cô ta ch n. o các photon, Bob ư c trang b m t máy phân tích có th phân bi t gi a H và V (+) ho c gi a A và D (x). Anh ta ch n ng u nhiên (và c l p v i Alice) máy phân tích mà anh ta s dùng o t ng photon. N u như Bob ch n m t máy phân tích sánh ư c v i s ch n l a c a Alice ( trên), anh ta s xác nh ư c s phân c c c a photon, và như th là n m ư c giá tr bit. M t khác, n u như Bob o v i m t máy phân tích “sai” ( gi a) anh ta s thu ư c m t k t qu ng u nhiên. Vn trông có v khó gi i quy t n u như phân n a phép o c a Bob thu ư c là giá tr bit ng u nhiên. Tuy nhiên, Alice và Bob có m t gi i pháp x o quy t. Sau khi phép o c a Bob x y ra, anh ta ti t l chu i máy phân tích mà anh ta ã dùng. Alice khi ó b o cho anh ta bi t s l n anh ta s d ng máy phân tích chính xác, mà không c n ti t l bit mà cô ta ã g i i. Sau ó h có th lo i b các phép o mà Bob dùng máy phân tích sai, m b o r ng h chia s cùng m t chu i bit mà không có sai sót nào (n u như không b nhi u). Gilles Brassard (trái) and Charles Bennett S g i có ch n l c này mang l i cho k nghe tr m (Eve) i u b t l i, vì cô ta ph i oán máy phân tích nào dùng o t ng photon (phía dư i). Ch c ch n Eve s th nh tho ng ch n ư c m t máy phân tích không phù h p v i s ch n l a phân c c c a Alice, và như v y có th thu ư c m t k t qu khác v i bit mà Alice g i i. Y u t then ch t c a s b o m t c a m t mã lư ng t là b ng cách th c hi n phép o này, Eve ch c ch n làm thay i tr ng thái lư ng t c a photon. Do ó, khi Bob nh n ư c photon, anh ta s th nh tho ng xác nh m t giá tr bit không úng ngay c khi anh ta và Alice s d ng các phép o phù h p nhau. B ng cách gi i m t m u nh trong chu i bit c a h tìm l i, Alice và Bob có th xác nh là k nghe tr m có xu t hi n hay không. Tóm lư c • Tr ng thái lư ng t c a t ng h t h nguyên t có th ư c s d ng mã hóa thông tin, m ra nh ng ng d ng trong lĩnh v c truy n thông và i n toán. ng d ng sung mãn nh t c a thuy t lư ng t cho vi c x lí thông tin là • m t mã lư ng t , v i s n ph m ã có m t trên th trư ng. © hiepkhachquay Chìa khóa d n t i n n công nghi p lư ng t | Trang 9/10
• M t mã lư ng t , cũng còn g i là s phân b khóa lư ng t , cho phép chúng ta g i tin nh n ã mã hóa m b o an toàn, vì nó cho phép phát hi n ra k nghe tr m. • Tin nh n an toàn ư c g i i trên kho ng cách vư t quá 100 km b ng m t mã lư ng t có các photon mang b i s i quang. • Bư c phát tri n ti p theo s là thi t l p m t “m ng lư ng t ” có kh năng cho phép m t mã lư ng t bao ph các thành ph và toàn b a c u. Tác gi : Andrew Shields và Zhiliang Yuan (Physics World, tháng 3/2007) hiepkhachquay d ch (An Minh, ngày 22/7/2007, 9:34:40 PM) © hiepkhachquay Chìa khóa d n t i n n công nghi p lư ng t | Trang 10/10