6. jul 2009.
Fizika

Da li mačka može biti i živa i mrtva? Da li čestica može proći dvema putanjama istovremeno? Kvantna mehanika, jedna od najznačajnijih paradigmi nauke XX veka, svojom kontraintuitivnom formulacijom decenijama izaziva debate među naučnicima, dovodeći ih često do zaključka da je istinski ne razumeju. Sa druge strane, eksperimenti redom govore u prilog predviđanjima njenog matematičkog aparata koja su često u direktnom sukobu sa očekivanjima 'zdravorazumske' klasične nauke. Na ovaj način, prošlog stoleća, kvantna revolucija se pozabavila fundamentima moderne fizike, hemije i elektronike. U XXI veku na redu je obračun sa tajnošću informacija.

Piše: Marina Radulaški

Asimetrična šifra

U modernom svetu informacija ima neprocenjivu vrednost, počevši od ličnih podataka, preko bankovnih računa, do vojnih tajni, što daje jaku motivaciju za razvoj sigurnih kriptografskih sistema. U drugoj polovini XX veka matematičari su tragali za asimetričnom šifrom, koja za enkripciju koristi jedan (javni) ključ, a za dekripciju drugi (privatni). Značaj ovakve šifre jeste javnost prvog ključa, koja eliminiše potrebu za vremenski i resursno zahtevnom distribucijom tajnih šifarskih svezaka. 

Britanska obaveštajna služba je 1973. godine osmislila asimetričnu šifru, zadržavši je u tajnosti svesna njenog potencijala. Nekoliko godina kasnije Rivest, Šamir i Adlman sa MIT-a nezavisno su došli do istog otkrića i obogatili se patentirajući šifru pod imenom RSA, koja danas štiti naše e-mailove, online kupovine, siguran pristup podacima... Da bi se 'razbila' RSA šifra, potrebno je faktorisati broj od nekoliko hiljada cifara. Za standardne računare ovo je zadatak koji zahteva i po nekoliko milijardi godina, odnosno vreme postojanja čitavog univerzuma! 

Redovi koje trenutno čitate, kao i sve ostale informacije na vašem računaru, predstavljaju se pomoću skupa bitskih nula (0) i jedinica (1). Osamdesetih godina, nobelovac i jedan od najvećih genija fizike, Ričard Fajnman, zapitao se kako bi izgledao računar čiji bi bitovi mogli u isto vreme da zauzimaju stanje i nule i jedinice. Zvuči čudno, ali ima svojih prednosti. U pitanju su takozvani kvantni računari koji teorijski imaju mogućnost da simultano operišu nad više vrednosti iste promenljive, čime se uvodi paralelizacija i ubrzava sam proces računanja.

Manipulacija kvantnim bitovima je veoma zahtevna

Piter Šor je 1994. godine u Belovim laboratorijama razvio algoritam za faktorizaciju brojeva pomoću kvantnog računara. Glavni deo Šorovog algoritma se zasniva na ključnoj karakteristici kvantnog računara - mogućnosti simultanog rada sa velikim brojem promenljivih. Time se postiže značajno ubrzanje u odnosu na klasične algoritme za faktorizaciju brojeva, što predstavlja presudnu opasnost po RSA šifru. Procenjeno je da je vreme potrebno za 'razbijanje' RSA šifre Šorovim algoritmom srazmerno vremenu potrebnom za dekripciju RSA šifrovane poruke privatnim ključem. 

Na samom početku ovog veka u IBM-u, Šorov algoritam je doživeo prvu eksperimentalnu realizaciju u kojoj je pomoću 7 kvantnih bitova izračunato

15 = 3 x 5.

Iako je postavka prilično komplikovana za tako trivijalnu faktorizaciju, ovaj eksperiment je napravio značajan korak u razvoju kompleksnih kvantnih računara - računara koji imaju potencijal da dešifruju skoro sve današnje tajne. 

Da li ovo znači da je sigurnost naših informacija zauvek ugrožena?! Zastanite pre nego što sva sredstva iz banke prebacite nazad u staru dobru slamaricu. Kvantna mehanika nudi i novi način zaštite!

Kvantna komunikacija preko satelita, projekat Evropske svemirske agencije u razvoju

Zajedno sa idejom kvantnih računara razvijala se i kvantna kriptografija. Osmišljeni su algoritmi koji koriste kvantne efekte da omoguće sigurnu razmenu takozvanog jednokratnog ključa. U pitanju je ključ za koji je otac teorije informacija, Klod Šenon, još 1940-ih dokazao da se nikako ne može 'razbiti' ukoliko se koristi samo jedanput. Zvuči idealistično, ali problem se javlja pre same komunikacije, pošto obe strane moraju da poseduju isti ključ, koji pritom ne sme da padne u ruke neprijateljima. Kvantni kriptoalgoritmi za razmenu jednokratnog ključa rešenje ovog problema dižu na potpuno novi nivo. Njihova pouzdanost se zasniva na zakonima prirode koji lako signaliziraju kada neko sa strane pokušava da ugrozi sigurnost komunikacije. Ovo čini kvantnu komunikaciju apsolutno sigurnom. 

U poslednjih nekoliko godina izvršen je niz uspešnih primena kvantne kriptografije. Ostvarena je sigurna komunikacija na preko 100km u Americi i Evropi, u Beču je obavljena apsolutno sigurna bankovna transakcija i implementirana računarska mreža čija se sigurnost oslanja na kvantne protokole, u Pekingu je pokrenuta multimedijalna komunikacija... 

Zvuči kao da nam kvantna informaciona revolucija kuca na vrata. Nakon svega, nema razloga da se plašimo da joj otvorimo. Iako preti da će pročitati sve naše tajne, nudi nam način da ih još bolje sakrijemo. Ovoga puta - apsolutno sigurno!

Izvor: http://www.b92.net/zivot/nauka.php?nav_id=370369

***