חוקרים מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב הציגו פריצת דרך בתחום התקשורת הקוונטית: לראשונה הודגמה מערכת מלאה להעברת מפתחות הצפנה קוונטיים (Quantum Key Distribution – QKD) המשלבת באופן רציף בין רשתות סיבים אופטיים לבין תקשורת אלחוטית באוויר הפתוח - מבלי לפגוע ברמת האבטחה הקוונטית. לדברי החוקרים, המחקר מהווה אבן דרך בדרך להקמת רשתות תקשורת קוונטיות גלובליות, שיוכלו לשלב תקשורת קרקעית עם לוויינים, רחפנים ופלטפורמות אוויריות.
המחקר הובל על ידי הדוקטורנטים חן כהן ותומר נחום, יחד עם מיכאל צוקראן, פרופ' ירון עוז ופרופ' חיים סוכובסקי מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף פרופ' חגי אייזנברג מהאוניברסיטה העברית וצוות חברת HEQA Security, חברת המייצרת קידוד קוונטי מבוסס סיבים.
החוקרים הסבירו כי תקשורת קוונטית נחשבת לטכנולוגיית העתיד של אבטחת המידע, משום שהיא מבוססת על חוקי מכניקת הקוונטים ומאפשרת לגלות כל ניסיון לצותת למידע המועבר. אולם עד היום התקשו החוקרים לחבר בין שני סוגי תשתיות תקשורת שונים: סיבים אופטיים, שבהם המידע מקודד בזמן הגעת הפוטונים, לבין תקשורת באוויר, שבה הקידוד מבוסס על קיטוב האור. הפער הזה היווה חסם משמעותי בפני הקמת רשתות קוונטיות רחבות היקף.
במחקר החדש שילבו החוקרים ממשק אופטי ייחודי, שממיר את צורת הקידוד של המידע הקוונטי מסיב אופטי לתקשורת באוויר - ובחזרה - מבלי למדוד את המידע ומבלי לחשוף אותו בשום שלב. כך נשמרת רמת האבטחה המלאה של התקשורת הקוונטית, גם כאשר היא עוברת בין שתי תשתיות שונות.
המערכת נבחנה על גגות אוניברסיטת תל אביב, כאשר הקישור האלחוטי פעל לאורך 90 ו-750 מטרים בתנאי סביבה משתנים - משעות הצהריים החמות ועד שעות הלילה. החוקרים הצליחו לייצר באופן רציף מפתחות הצפנה מאובטחים גם כאשר עוצמת הטורבולנציה האטמוספרית השתנתה ביותר משני סדרי גודל, תוך שמירה על שיעור שגיאות נמוך משמעותית מסף האבטחה המקובל.
פרופ' ירון עוז (מימין) וחן כהן
(צילום: אוניברסיטת תל אביב)
לדברי החוקרים, מדובר ביכולת חיונית בדרך להקמת "אינטרנט קוונטי" עתידי, שבו ניתן יהיה לחבר בצורה מאובטחת בין רשתות סיבים עירוניות לבין קישורי תקשורת חופשית באוויר, ובהמשך גם ללוויינים. שילוב כזה יאפשר תקשורת מוצפנת ברמה הגבוהה ביותר בין משתמשים, מוסדות ותשתיות קריטיות – גם כאשר הם מחוברים באמצעות אמצעי תקשורת שונים.
פרופ' ירון עוז אמר: "כדי שרשתות תקשורת קוונטיות יהפכו בעתיד לתשתית עולמית, הן יצטרכו לחבר באופן חלק בין סיבים אופטיים, תקשורת אלחוטית ולוויינים. עד היום, החיבור בין העולמות הללו היה אתגר משמעותי. במחקר שלנו הראינו שאפשר לבצע את המעבר בין סוגי התקשורת השונים מבלי לפגוע בביטחון המידע הקוונטי. זהו צעד חשוב בדרך להקמת רשת קוונטית גלובלית, שתאפשר תקשורת מאובטחת ברמה חסרת תקדים ותשמש בעתיד ממשלות, מוסדות פיננסיים, מערכות בריאות ותשתיות קריטיות".
