Prof. Artur Ekert: To dobry moment, by inwestować w kryptografię kwantową

Prof. Artur Ekert to fizyk, współodkrywca nowej dziedziny, jaką jest kryptografia kwantowa. Studiował na Uniwersytecie Jagiellońskim, ale od końca lat 80. XX wieku związany jest z Uniwersytetem Oksfordzkim. W tegorocznym zestawieniu amerykańskiej firmy Clarivate Analytics jest wymieniany jako jeden z kandydatów do Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki. Werdykt Komisji Noblowskiej w tej dziedzinie poznamy już we wtorek 8 października.

W marcu naukowiec odwiedził Warszawę w ramach warsztatów European Study Groups with Industry, podczas których matematycy rozwiązują zadania dla przemysłu. Udzielił wówczas PAP wywiadu nt. kryptografii kwantowej i jego wkładzie w rozwój tej dziedziny.

Ludwika Tomala, PAP: Proszę się pochwalić: jaką rolę odegrał pan już w dziedzinie, jaką jest kryptografia kwantowa?

Artur Ekert: - Współuczestniczyłem w odkryciu szyfrów kryptografii kwantowej. Dwójka moich kolegów z Ameryki Północnej - Charles Bennett i Gilles Brassard - w połowie lat 80. wpadła na pomysł, żeby opracować szyfry dla kryptografii kwantowej. Ja na podobny pomysł wpadłem pięć lat później, niespecjalnie wiedząc o ich badaniach. Dopiero później się poznaliśmy. Teraz się przyjmuje, że we trójkę stworzyliśmy dziedzinę kryptografii kwantowej. Szyfry, które zaproponowaliśmy, są różne. Oni proponowali wykorzystanie w szyfrowaniu zasady nieoznaczoności Heisenberga. Moja metoda wykorzystuje zaś zjawisko, jakim jest splątanie kwantowe. Była to metoda trudniejsza do implementacji, ale prowadzi ona do opracowania bezpieczniejszych szyfrów kryptografii kwantowej. Z czasem technologia się rozwinęła i teraz moja metoda jest bardziej popularna.

Po co ludziom kryptografia kwantowa?

- To szersze pytanie: po co komu ochrona danych. Od czasów starożytności ludzie zawsze chcieli coś szyfrować. Teraz też każdy ma swoje sekrety: potrzebna jest nam ochrona naszych danych medycznych, transakcji online, kart kredytowych. Szyfrowanie danych potrzebne jest też w wojsku czy biznesie.

Jak wygląda przekazywanie informacji z wykorzystaniem kryptografii kwantowej?

- W kryptografii obowiązuje zasada, że zanim dwie strony zaczną się komunikować, to muszą się wymienić tajnym, znanym tylko im, kluczem kryptograficznym. Stanowi on przepis na to, jak później odczytać wiadomość. W naszym przypadku klucz to przypadkowy ciąg zer i jedynek. Pytanie brzmi: jak ten klucz bezpiecznie przesłać, np. z Oksfordu do Warszawy. W tradycyjnych rozwiązaniach nigdy nie mamy gwarancji, że ktoś tego klucza w czasie transmisji nie podejrzy. Dlatego w moim systemie wykorzystuje się efekty kwantowe, które dają pewną informację, czy ktoś po drodze klucza nie podejrzał.

Generujemy parę splątanych fotonów - jeden trafia do jednej osoby, a drugi do drugiej. Obie osoby muszą dokonać detekcji w tym samym czasie. Fotony są splątane, a więc jeśli zna się właściwości jednego - wiadomo, jakie właściwości ma drugi. Mierząc te właściwości, ustala się kolejne cyfry klucza. Zjawisko splątania fotonów sprawia, że jeśli ktoś podejrzy komunikację, obie strony od razu będą w stanie się zorientować, że coś jest nie tak. W kryptografii kwantowej zawsze więc da się odkryć, czy ktoś nas podsłuchuje.

Jaką jeszcze przewagę daje kryptografia kwantowa?

- Jest ona odporna na ataki za pomocą komputerów kwantowych. Bo jeśli komputer kwantowy w końcu powstanie, to będzie mógł rozszyfrować algorytmy szyfrujące, algorytmy klucza publicznego, których obecnie używamy.

Jak w praktyce wygląda przesyłanie tajnych danych w kryptografii kwantowej?

- Na rynku jest już dostępne urządzenie, w którego skład wchodzi źródło splątanych fotonów. Po drugiej stronie - u odbiorcy - są fotodetektory, które odbierają sygnały. Jest też elektronika, która pozwala na implementację protokołu. Fotony można przesłać za pośrednictwem światłowodów. Ale w mojej metodzie źródło splątanych fotonów można umieścić nawet na satelicie. Chińczycy już uruchomili satelitę Micius, która wysyła do odbiorców takie splątane fotony. Tam właśnie zastosowano mój protokół. Inwestując w kryptografię kwantową, Chińczycy pokazują światu, jakie mają możliwości.

Gdzie jeszcze kryptografia kwantowa jest już wykorzystywana?

- W Tokio podczas zbliżającej się olimpiady duża część komunikacji prowadzona będzie za pomocą kryptografii kwantowej. Kryptografię kwantową zastosowano również w czasie niedawnych mistrzostw sportowych w Durbanie w RPA.

To znaczy, że technologia zaczyna być używana na masową skalę?

- Nie wiem, czy już na masową, ale ludzie zaczynają jej używać. Zwłaszcza bardziej rozwinięte kraje chcą zademonstrować, że można z tych technologii korzystać. I tak np. w Singapurze jest plan, by cały kraj objąć siecią światłowodową, która będzie mogła służyć do dystrybucji kluczy w kryptografii kwantowej.

Czy aby korzystać z kryptografii kwantowej, trzeba przeprojektować istniejącą internetową sieć światłowodową?

- Niekoniecznie. Można wykorzystywać sieci istniejące. Trzeba jednak móc podłączyć urządzenia kwantowe do tej sieci.

Co pan z tego ma, że pana rozwiązaniami zaczyna się interesować cały świat?

- Przede wszystkim satysfakcję. To nie jest rzecz, z której człowiek zarabia pieniądze. Swoje badania realizowałem w ramach rozprawy doktorskiej. Nikt wtedy nie brał tego na poważnie.

Opatentował pan swój pomysł?

- Nie. Opublikowałem to. Wtedy nie wydawało się, że to jest pomysł, który można opatentować. Patenty przyszły później i dotyczyły szczegółowych rozwiązań. Nie spodziewałem się, że to wszystko się tak szybko rozwinie. Ale to już nie moja zasługa. To zasługa tych, którzy widzieli, że coś w tych rozwiązaniach jest.

Czy z punktu widzenia przemysłu jest w tych rozwiązaniach coś wartego uwagi?

- Wydaje mi się, że to dobry moment, aby z tymi technologiami eksperymentować. Dużo osób, które teraz w to inwestują - odpadnie. Jednak pewna grupa firm zostanie i będzie dominować w technologii kwantowej. To na pewno nastąpi, nie ma wątpliwości, kwestią pozostaje: kiedy.

Myśli pan, że jest sens, by w Polsce inwestować w kryptografię kwantową?

- Nie jestem guru biznesu, ale wydaje mi się, że jest na to rynek. Nawet małe firmy potrafiłyby tym wymaganiom sprostać. Poza tym Polska może sobie pozwolić, by robić badania eksperymentalne w tym zakresie. Akurat dziedzina, na której bazuje kryptografia kwantowa - optyka kwantowa - jest w Polsce mocna. Polska ma świetnych fizyków, gównie teoretyków. A w tej dziedzinie zawsze coś znaczyła.

Jak może wyglądać rynek kryptografii kwantowej w przyszłości? Jak pan myśli, będzie to sprzedaż urządzeń?

- Pewnie będą urządzenia do generowania kluczy kryptograficznych. Będzie też pewnie możliwość podpięcia się, np. za pomocą satelity, do serwera generującego takie klucze. Przewidywania biorą jednak w pewnym momencie w łeb. To tak, jak z elektrycznością. Kiedy Michaela Faradaya pytano, do czego to posłuży - odpowiedział, że nie wie, ale że da się to opodatkować. I myślę, że podobnie będzie z technologią kwantową. Nie wiem, do czego może to służyć, ale wierzę, że prędzej czy później rządy będą to opodatkowywać.

Rozmawiała Ludwika Tomala