Gelecekte, kuantum mekaniğinin garip yasaları sayesinde neredeyse tam güvenlikli mesajlaşma küresel ölçekte mümkün olabilir. Bu görüş, kuantum kriptografi için gerekli hassas durumlarının yörüngedeki bir uydudan Dünya’nın yüzeyindeki bir alıcıya laser demeti ile aktarılabileceğini bulan İtalya’daki fizikçilerin bir öngörüsüdür. Araştırmacılar böyle bir şifreleme için gerekli olan görece basit teknolojinin günümüz geleneksel haberleşme uyduları içine dahil edilebileceğini söylüyorlar.
Kuantum kriptografide fotonlar gibi kuantum parçacıkların durumlarını kullanarak oluşturulan gizli bir anahtarı paylaşan iki taraf söz konusudur. İletişim kuran bu taraflar bu gizli anahtarı kullanarak mesajları şifrelenmiş olur ve teoride tam güvenlikle karşılıklı olarak mesajlaşmış olurlar. Herhangi bir şekilde bu haberleşmeyi dinlemeye çalışan biri olursa otomatik olarak bu anahtar kuantum durumların yok olmasıyla kendi varlığını ortaya koyarak bunu önler.
Bu tür kriptografik sistemler aslında halihazırda ticari olarak üretiliyorlar ama bu sistemler fiber optik kablolarda kullanılıyor. Kablolardaki kayıplar mesafe ile sınırlıdır. Kuantum anahtarlar yaklaşık 100 kilometre uzağa gönderilebilir ve bu mesafe klasik verilerin gönderiminde olduğu gibi tekrarlayıcılar kullanılarak artırılamaz. Çünkü bu anahtarları daha uzağa taşıyacak bir amplifikasyon mümkün değildir. Bunun yerine kuantum bitler (kubitler) atmosfer boyunca iletilebilir. Fakat bu yaklaşım Dünya’nın eğriliğinden kaynaklanan benzer bir mesafe sınırlamasına sahiptir. İşte bu noktada bize uydular yardım edebilir. Örneğin, tek bir uydu gizli bir anahtarı paylaşan Dünya üzerindeki iki insana kuantum veri gönderilmesinde kullanılabilir. Ancak bugüne kadar, tek fotonlar gibi kuantum durumları üretme ya da algılama kapasitesine sahip hiçbir aygıt yörüngeye yerleştirilmemişti.
İtalya’nın güneyinde Padua Üniversitesi’nden araştırmacılar Matera Laser Uzaklık Tayini Gözlemevi’ni kullanarak bu problem üzerinde çalıştılar. Bu tesis genellikle yörüngede geçen uydulara laser pulsları gönderir ve sonra yansıyan pulslarla Dünya’nın kütleçekimsel alanındaki küçük değişimler ölçülür. 2008 yılındaki bir çalışmada ise uydudan çok zayıf laser atımlarının gönderilmesiyle Dünya üzerinde puls başına bir fotonun tespit edilebildiği gösterilmişti. Devamında ise araştırmacılar bu fotonların polarizasyon durumlarının korunmasının mümkün olduğunu ortaya koydular. Polarizasyon özelliği de kuantum kriptografi için biçilmiş kaftan! Çünkü dalganın salınımın yönelimi yani polarizasyon bir kuantum anahtarı oluşturan kubitlerin değerinin tanımlanmasında kullanılır. Bu keşiften sonra ise artık yeni bir deney daha bizi bekliyor.
Halihazırda Çin’den bilim insanları kuantum anahtarları üretecek bir uydu geliştirdiler ve gelecek yıl bu uydunun yörüngeye fırlatılması planlanıyor. Bu görev uzayda dolanık foton çiftlerini oluşturacak ve sonra her bir çiftin iki yarısını eş zamanlı olarak Dünya’daki iletişime geçecek iki tarafa gönderecek. Böylece yörüngedeki uydular yoluyla küresel ölçekli ilk kuantum kriptografili iletişim denenmiş olacak.
Gökhan Atmaca, Bilim Uzmanı (MSc.)
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Kaynak:
Edwin Cartlidge, Quantum cryptography set for lift-off, PhysicsWorld, Haziran 2015
