Polscy naukowcy opracowali przełomową technologię
Naukowcy z Instytutu Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej, pod przewodnictwem płk Marka Życzkowskiego, zbudowali kwantowy sprzętowy generator liczb losowych. WAT podkreśla, że jest to innowacyjne na skalę światową urządzenie, które powstało w ramach projektu „Technologie optyczne kryptologii kwantowej do ochrony danych w sieciach teleinformatycznych” realizowanego przez Wojskową Akademię Techniczną w konsorcjum z TELDAT i NASK Państwowym Instytutem Badawczym.
Opracowane przez WAT w konsorcjum z TELDAT i NASK Państwowym Instytutem Badawczym urządzenie wykorzystuje zjawiska kwantowe do wytwarzania liczb losowych. Jak wskazuje akademia w aktualności, należy ono do grupy tzw. prawdziwych generatorów liczb losowych (TRNG – True Random Number Generator), gdzie o wyniku czy stanach i liczbach losowych decyduje proces fizyczny. Jako cechy charakterystyczne takiego generatora wskazano:
- całkowita nieprzewidywalność każdego kolejnego generowanego bitu,
- niewrażliwość na zmiany środowiskowe,
- weryfikacja na żywo statusu pracy.
Zaprojektowane przez polskich specjalistów urządzenie wykorzystuje zjawiska kwantowe, a pełna losowość wyniku – jak wskazano – otrzymywana jest poprzez losowy wybór drogi przez foton w sprzęgaczu światłowodowym.
„W największym uproszczeniu – w urządzeniu takim wygenerowany impuls laserowy niosący paczkę fotonów zostaje stłumiony do poziomu energii poniżej pojedynczego fotonu za pomocą regulowanego tłumika. Następnie taki „pojedynczy foton” w sposób losowy obiera drogę w sprzęgaczu światłowodowym. Na wyjściach sprzęgacza umieszczone są dwa bardzo czułe detektory jednofotonowe. Bity 0 lub 1 generowane są na podstawie odpowiedzi od poszczególnych detektorów” – wyjaśnia WAT w swojej aktualności.
Opracowane przez polskich naukowców i specjalistów urządzenie jest w pełni autonomiczne, czyli może być wykorzystywane wszędzie tam, gdzie istotne jest zwiększone bezpieczeństwo.
Nowe urządzenie jest również kluczową częścią dużego projektu poświęconego technologiom kwantowym związanym z dystrybucją klucza kwantowego (Quantum Key Distribution). Pozwala ono na niezależność od rozwiązań związanych z software’ową generacją liczb losowych, czyli taką, która używa różnego rodzaju algorytmy.
Płk dr hab. inż. Marek Życzkowski, prof. WAT zwraca uwagę, że zastosowanie generatora znacznie poprawi jakość rozwiązań końcowych – w tym przypadku systemów do dystrybucji klucza kwantowego, co dotyczy zestawienia kanału łączności kwantowej na bazie fotonów splątanych i pomiarze stanu Bella w przyszłości.
Kwantowy sprzętowy generator liczb losowych może być znaleźć zastosowanie zarówno w rozwiązaniach kryptograficznych na potrzeby wojska, a także – jak wskazuje WAT – przez podmioty, którym zależy na bezpieczeństwie danych cyfrowych, jak m.in. sektor finansowy, banki, centra danych; może zostać również wykorzystany do symulacji numerycznych, gier losowych, loterii, badań statystycznych czy też w bezpiecznym druku.
„Technologie kwantowe rozwijane są od kilkudziesięciu lat, ale obecnie, na naszych oczach, widać ich znaczący postęp. Dotyczy to chociażby osiągnięcia supremacji kwantowej przez niektóre technologie komputerów kwantowych czy też pojawienia się w ofercie komercyjnej rozwiązań z zakresu łączności kwantowej. Rozwiązanie, które opracowaliśmy, jest niezależne i w pełni autorskie. Ma m.in. własne oprogramowanie, zaprojektowaną i wykonaną od podstaw elektronikę czy zaprogramowany procesor FPGA. Ta innowacyjność i niezależność w zastosowaniach wojskowych, i nie tylko, jest niezwykle ważna – w przypadku naszego generatora założenia te są zrealizowane w stu procentach. Nie jest to produkt, z uwagi na bezpieczeństwo użycia, nieznajomy, a wręcz przeciwnie – w całkowitym stopniu niezależny od jakiegokolwiek udziału trzeciej strony. Opracowanie autorskiego narzędzia do zastosowań kryptologicznych na potrzeby wojska było jedną z naszych głównych motywacji” – podkreśla płk Marek Życzkowski, kierownik projektu.
„Zaprojektowane rozwiązanie to technologia kwantowa w ścisłym znaczeniu. „Ten obszar to właśnie numer jeden badań naukowców z całego świata, a my próbujemy znaleźć się pośród nich. Działamy na pojedynczych fotonach. Proces generacji pojedynczych fotonów, proces synchronizacji czasu w zaprojektowanym przez nas urządzeniu i proces detekcji pojedynczych fotonów same w sobie stanowią ogromne wyzwanie optoelektroniczne. Nasze rozwiązanie jest bardzo innowacyjne – mało kto na świecie realizuje tego typu projekty. Musimy tak dokładnie zsynchronizować czas w urządzeniu, aby mieć pewność, że działa ono w pełni poprawnie. Analizując wyniki, które osiągamy, możemy powiedzieć, że jesteśmy we właściwym miejscu dla stanu techniki kwantowej w obecnym wydaniu” – tłumaczy dalej płk Życzkowski.
