עידן המהפכה הקוונטית השנייה, נמצא כבר בפתח וכרגע מתנהל המרוץ אחר המחשב הקוונטי: מחשב שיוכל לבצע פעולות חשובות מסויימות במהירות ובעוצמה רבה בהרבה מהפעילות שהמחשבים הקיימים כיום. אך לצד הברכה שבדבר, הסוגייה מעלה חששות בדבר יכולת הפריצה להצפנות, הקיימות כמעט בכל פעולה שאנו מצבעים: מתשלום מאובטח, דרך משלוח הודעות וכו'. כיום כל פעולה מצופנת מתבססת על אלגוריתם מתמטי שמחשב רגיל, מבחינת כוח החישוב והזמן הנדרש, מתקשה לפתור אותו ולפרוץ את הקוד. לעומתו, מדענים מאמינים שהעוצמה הגדולה של מחשבים קוונטים שתפעל באופן מהיר ובמקביל, תוכל לפרוץ בקלות יחסית הצפנות ולפגוע בפרטיות המשתמשים. 

מחקר חדש שנערך בהובלת פרופ' רונן רפפורט ודר׳ חמזה אבודייה ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית בירושלים בשיתוף עם קבוצת המחקר של מוניקה פליישר מאוניברסיטת טובינגן, הוביל לפיתוח מערכת פשוטה באופן יחסי, המאפשרת יצירת קידוד המעניק הגנה מפני עוצמת מחשבי הקוונטום: מעין "מכונות יריה" של פוטונים בודדים עליהם הוטענו מידע מקודד. הפוטונים הבודדים, שהם היחידות הבסיסיות של אור (״חלקיקי אור״), מאפשרים קידוד הידוע בשם ״קידוד קוונטי״. בניגוד להצפנה הקלאסית הנפוצה כיום, טכנולוגית ההצפנה הקוונטית מתבססת ישירות על חוקי הפיסיקה ועל חוקי תורת הקוונטים ולא על המתמטיקה ואלגוריתמים. מערכת הצפנה מבוססת פוטונים בודדים המקודדים קוונטית, משגרת אותם לנקודה המבוקשת, כאשר כל נסיון להתערב או לשאוב את המידע – יזוהה ויסוכל ללא סיכון למידע.   

באופן מופשט, כיום הפצחנים מנסים להיכנס לתוך השרשת העברת המידע בין שתי נקודות, לשאוב את המידע ולחבר מחדש את השרשרת, כדי שהמידע יגיע ליעדו הסופי. זאת מבלי שתאותר הפריצה. החוקרים בצוות הצליחו ליצר התקן זעיר ביותר שמייצר ומשגר פוטנים בודדים ועליהם אפשר להעביר את המידע. כל פוטון מקודד נקרא ״ביט קוונטי״. בביט קוונטי כל מגע, או אפילו ביצוע מדידה משנה בהכרח את המידע שקודד על הפוטון והדבר יתבטא, בהגיעו ליעד, בשגיאה בפרוטוקול ומתן אינדיקציה לנסיון הפריצה. 

בהתקן, שפותח בטכנולוגיות ננומטריות חדשניות במרכז לננומדע וננוטכנולוגיה של האוניברסיטה העברית, החוקרים השתמשו בננו-גביש, בעובי פחות אלפית שערה - חומר מוליך למחצה שכאשר מאירים עליו בפולס של לייזר הוא פולט פוטון יחיד. בעוד שהננו-גביש לבדו לא מאפשר פליטה מהירה מספיק של פוטונים בכדי לייצר מפתחות הצפנה בקצב גבוה, החוקרים השתמשו ב״טריק ננומטרי״ והצליחו להגביר משמעותית את הקצב, לכעשרה מיליון פוטנים בשנייה והם שואפים להגיע לקצב של מיליארד לשנייה. הדבר נעשה ע"י הזרמת הפוטונים במעין קונוס מתכתי ממוזער הצמוד לננו-גביש, המשמש "כליא ברק" השואב את האנרגיה ואת האור מתוך הננו-חלקיק והופך לאנטנה המשדרת את האור. החוקרים הביאו למצב, בו האור הנפלט מהפוטון ינוע לכיוון הדרוש ולא באופן אקראי, על-ידי ננו-עדשה המכוונת את פליטת הפוטונים לכיוון הרצוי. וכך ברגע שהם הגבירו את קצב פליטת הפוטונים המקודדים עם המידע והם מניעים אותם לכיוון המתבקש, ניתן לאסוף אותם לנקודת היעד ולקרוא את המידע שקודד בהם, בלי יכולת של התערבות חיצונית. 

כבר היום ארגונים ומדינות מפתחים מחשבי קוונטים ובעתיד הלא רחוק  השימוש בהם יהיה נפוץ ברמה המסחרית והממסדית. חשיבותו של  ההתקן הוא ביכולתו לאפשר קידוד לא פציח באמצעות מערכת פשוטה יחסית, הניתנת להפעלה אפילו בטמפרטורת החדר.  

המאמר המדעי

פרסומים בתקשורת: ישראל היום