安全なオンライン通信に道を開く画期的な量子ブレイクスルー

October, 23, 2020, Bristol--Science Advancesに発表されたブリストル大学をリーダーとする発明は､数100万のユーザが利用できる可能性がある｡また､これはこの種の量子ネットワークで過去最大と理解されており､人々のオンライン通信､特にインターネットがリードする時代で利用される｡

新技術を開発し､簡素な物理法則を利用することで､盗聴に対して全く安全なメッセージを作ることができる。同時に､以前には、ほとんど使われないが、大騒ぎになった技術の主要課題も克服している。

論文の主筆、Dr Siddarth Joshiは、「これは壮大なブレイクスルーであり、量子インターネットを遥かに現実的な提案にする。今まで、量子ネットワークの構築は、膨大なコスト、時間、資源を必要とした。また、全体の目的を破壊するセキュリティに妥協を強いることもよくあった」とコメントしている。

｢われわれのソリューションはスケーラブルであり､相対的に安価で､最も重要なことは難攻不落である｡つまり､画期的な大変革であり､この技術の急速な開発と普及に道を開く｣｡

現在のインターネットは、複雑なコードに依存して情報を保護しているが､ハッカーはそのようなシステムの裏をかくことにますます精通するようになっており､世界中でサイバーアタックにつながり､重大なプライバシーの侵害､年間に数兆ポンドの不正が行われている｡そのようなコストが飛躍的に増加すると予測されており､代替を見つける問題は非常に魅力的であり､量子は数10年前から､標準暗号技術の画期的な置き替えと認められていた｡

これまで､物理学者は､量子カギ配信として知られる､安全な暗号形式を開発した。そこでは､光の粒子､つまりフォトンが伝送される｡そのプロセスでは､両方の側が、盗聴のリスクのない､情報の暗号化と解読に利用される秘密鍵を共有する｡しかし､今日まで､この技術は､2人のユーザ間でしか有効でない｡

「今までは、ネットワークを拡張しようとする取り組みは、膨大なインフラストラクチャをともなうものだった。また、追加ユーザすべてに別の送信器と受振器を設定する必要があるシステムだった。この方法で､信頼できるノードとして､メッセージを共有することは､適切とは言えない｡リークしたり､もはや全くセキュアとは言えない非常に多くの余分なハードウエアを使うからである｣(Dr Joshi)｡

チームの量子技術は､魔法の原理と思われる､いわゆるエンタングルメントを適用する｡これは､アルバート･アインシュタインが｢遠隔操作｣と表現したものである｡それは､離れた場所にある2つの異なる粒子の力を利用する､潜在的に数千マイル離れている粒子であるが､それらが同時にお互いを模倣する｡このプロセスは､量子コンピュータ､センサ､情報処理に非常に大きな機会を提供する｡

｢通信システム全体を複製しなければならないのではなく､この最新の方法､つまり多重は､単一システムから放出された光粒子を分割するので､多数のユーザーが効率的に受信できる｣とDr Joshiは説明している｡

チームは､わずか8 レシーバボックスを使って､8ユーザのためのネットワークを構築した｡一方､以前の方法であれば､いくつも多重されたユーザ数､この場合は､56ボックスを必要とする｡ユーザ数が増えると､諸設備がますます実行不可能になる､例えば100ユーザなら､9900のレシーバボックスを使うことになる｡

その機能を距離的に実証するために､レシーバボックスは、ブリストルから様々な場所を経る光ファイバに接続された｡また､量子通信によるメッセージ伝達能力は､市の既設光ファイバネットワークを利用してテストされた｡

｢完全にセキュアであるだけでなく､この新しい技術の美しさは､効率的な機敏さである｡それは､既存技術を統合しているので､必要なハードウエアは最小限である｣(Dr Joshi)｡

チームの独自システムは､トラフィックマネージメントも特徴にしている｡ネットワーク制御の向上である｡たとえは､あるユーザを優先的に高速接続させる｡

以前の量子システムは、構築に何年もかかり､コストは数100万あるい数十億ポンドもかかったが､このネットワークは30万ポンド以下､数ヶ月以内に構築された｡ネットワークが拡大すると財務的利点は大きくなる｡したがって以前の量子システムで100ユーザは50億ポンドの領域だが､Dr Joshiによると､多重技術は､それを450万ポンド程度､つまり1%以下に削減できる｡

｢われわれは､そのコンセプトを証明した｡われわれの多重法をさらに改善して最適化氏､ネットワークのリソースを共有することで､数百や数千が利用することを考えているが､それほど遠くない未来には､数百万のユーザが利用できる可能性がある｣とDr Joshiはコメントしている｡
(詳細は､https://www.bristol.ac.uk)