Breakthrough Enkripsi Kuantum Menggunakan Cahaya dan Warna untuk Membuat Internet yang Tidak Dapat Diperbaiki
Karena komputer kuantum mengancam enkripsi tradisional, para peneliti mengembangkan jaringan kuantum untuk memungkinkan komunikasi yang sangat aman.
Para ilmuwan di Leibniz University Hannover telah memelopori metode baru menggunakan frekuensi cahaya untuk meningkatkan distribusi kunci kuantum. Terobosan ini mengurangi kompleksitas, memotong biaya, dan membuka jalan bagi infrastruktur internet kuantum yang dapat diskalakan dan tahan tap.
Ancaman meningkat terhadap keamanan data
Masa depan keamanan internet menghadapi tantangan besar: Komputer kuantum pada akhirnya dapat menghancurkan bahkan enkripsi terkuat yang digunakan saat ini, membuat data sensitif rentan. Untuk mengatasi ancaman ini, para peneliti di seluruh dunia sedang mengerjakan jaringan kuantum-sistem yang memanfaatkan prinsip-prinsip mekanika kuantum untuk memungkinkan komunikasi yang sangat aman.
Ketika sepenuhnya dikembangkan dan saling berhubungan secara global, jaringan ini akan membentuk Internet kuantum, memberikan enkripsi yang tidak dapat dicegat atau diterjemahkan. Namun, implementasi luas tetap sulit karena biaya tinggi, tuntutan energi yang signifikan, dan kompleksitas teknologi yang diperlukan.
Pendekatan baru untuk enkripsi kuantum
Di Leibniz University Hannover's Institute of Photonics, dua peneliti menangani tantangan ini dengan pendekatan baru. Mereka telah mengembangkan metode canggih untuk distribusi kunci kuantum berbasis keterikatan menggunakan pengkodean frekuensi-bin-teknik yang mengkode informasi kuantum menjadi frekuensi cahaya yang berbeda (warna). Metode ini tidak hanya meningkatkan keamanan tetapi juga meningkatkan efisiensi sumber daya.
“Pendekatan kami dapat memungkinkan jaringan kuantum untuk ditingkatkan di masa depan sambil menggunakan sumber daya yang lebih sedikit untuk menghubungkan jumlah pengguna yang lebih tinggi dalam jarak yang lebih jauh,” jelas Prof. Dr. Michael Kues, kepala Institute of Photonics dan anggota Dewan Cluster of Excellence Phoenixd di Leibniz Universität Hannover. Penelitian tentang teknologi optik dan bit kuantum fotonik adalah salah satu bidang penelitian utama universitas.
Keuntungan dari distribusi kunci kuantum berbasis frekuensi
Menerapkan distribusi kunci kuantum berbasis keterikatan menggunakan frekuensi sebagai tingkat kebebasan memiliki dua keunggulan. “Pertama, dibandingkan dengan polarisasi, frekuensi sangat kuat terhadap noise, yang faktor lingkungan seperti fluktuasi suhu dan getaran mekanis pada serat optik yang digunakan menginduksi dan mengganggu transmisi utama,” kata Anahita Khodadad Kashi, seorang mahasiswa doktoral di Institute of Photonics. “Keuntungan kedua adalah bahwa dengan menggunakan frekuensi, kami dapat mengurangi kompleksitas proses dan dengan demikian juga biayanya,” kata Khodadad Kashi.
Memotong biaya dan meningkatkan keamanan
Para peneliti telah berhasil mengukur keadaan kuantum partikel cahaya hanya menggunakan satu detektor, bukan empat yang sangat sensitif foton Detektor. Untuk melakukan empat pengukuran yang diperlukan, mereka menggunakan metode yang disebut transfer frekuensi-ke-waktu, yang memetakan komponen frekuensi ke dalam waktu kedatangan foton di detektor. Kues mengatakan bahwa ini mengurangi biaya untuk komponen telekomunikasi standar dari sekitar 100.000 euro menjadi seperempat dari jumlah itu. “Selain itu, kerentanan terhadap serangan detektor berkurang, dan sistem menjadi lebih aman,” kata Khodadad Kashi.
Meningkatkan jaringan kuantum
Metode ini tidak hanya menggunakan satu tetapi beberapa saluran secara bersamaan. Multiplexing divisi frekuensi adaptif ini juga meningkatkan tingkat distribusi utama tanpa perlu perangkat teknis tambahan. “Dengan pendekatan ini, kinerja jaringan kuantum beradaptasi secara dinamis dengan beban saat ini,” kata Khodadad Kashi. “Di masa depan, pendekatan kami akan memungkinkan distribusi kunci kuantum yang dinamis dan diminimalkan dengan sumber daya antara banyak pengguna. Ini bisa membuat jaringan kuantum dapat diskalakan, ”kata Kues. “Jaringan kuantum akan menjadi blok bangunan penting untuk membuat infrastruktur TI yang kritis lebih aman, misalnya, di sektor perbankan dan perawatan kesehatan.”
Masa depan komunikasi kuantum
Kues melihat kebutuhan untuk penelitian lebih lanjut tentang interaksi nanofotonik dengan optik kuantum untuk mengembangkan metode dan komponen tambahan untuk menghasilkan berbagai negara kuantum untuk pengkodean multidimensi informasi kuantum. “Dengan pengembangan jaringan kuantum, kami akan mengalami kualitas konektivitas, kapasitas, jangkauan, dan keamanan baru komunikasi kuantum di masa depan,” kata Kues.
Referensi: “Distribusi Kunci Kuantum Berbasis Keterikatan yang Dipecat oleh Bin-Bin Dalam jaringan yang dapat dikonfigurasi ulang oleh Anahita Khodadad Kashi, dan Michael Kues, 16 Januari 2025, Cahaya: Sains & Aplikasi.
Doi: 10.1038/s41377-024-01696-8
Penelitian ini didanai oleh Tüv Nord / Alter Technology, Kementerian Pendidikan dan Penelitian Federal (BMBF), dan Dewan Penelitian Eropa (ERC). Hasil penelitian diterbitkan dalam jurnal Light: Science & Applications.
