Kvantekryptografi refererer til kryptografiske systemer, der er afhængige af kvantemekaniske effekter og egenskaber til at udføre kryptografiske opgaver. Dette er i modsætning til klassisk kryptografi, der bruges på moderne computere. Et grundlæggende krav til kvantekryptografi er brugen af en kvantecomputer; det kan ikke udføres med en standardcomputer.
QKD
Hovedfeltet inden for kvantekryptografi er QKD. QKD står for Quantum Key Distribution. I stedet for at bruge en fuld kvantekrypteringsproces, bruger QKD kvanteeffekter til at distribuere en klassisk krypteringsnøgle sikkert. Det betyder, at der kun skal udvikles et bevist sikkert kvantekommunikationssystem frem for meget mere komplekse kvantealgoritmer. Det reducerer også de fysiske krav; teknisk set ville der kun kræves et kvantenetværkskort på en normal computer frem for en hel kvantecomputer.
Kvantemekanik egner sig rimeligvis til at udvikle sikre kvantekommunikationssystemer. Der er måder at kommunikere med kvantekommunikationskanaler, som en uautoriseret tredjepart ikke kan overvåge, uden at denne indtrængen kan detekteres.
Sikkerheden af en kvantekommunikationskanal kan også reduceres til nogle få meget minimale krav. En sådan betingelse er, at de to legitime parter har en måde at autentificere sig på med hinanden. Et andet krav er blot, at kvantemekanikkens love gælder.
Hovedproblemet for QKD kommer fra vanskeligheden ved at transmittere kvanteinformation over betydelige afstande. Nuværende forskning giver mulighed for passende nøgleaftaler over optiske fibre så lange som 550 km. Ud over denne afstand er kvanterepeatere nødvendige for at sikre, at signalet ikke går tabt i støjen. Derudover ville det være en udfordring at dirigere kvantekommunikation over et kvanteinternet. Nuværende testsystemer har tendens til at være punkt-til-punkt.
Andre forskningsområder
Kvanteeffekter kan bruges inden for mistroisk kvanteberegning. Her kan to parter samarbejde uden at stole på hinanden. Kvantesystemet kan designes, så begge parter kan bevise, at den anden var utro. Disse metoder er imidlertid også afhængige af ikke-kvanteeffekter såsom speciel relativitet.
Forskning er i gang på andre områder, såsom at kræve, at en modtager skal være på et bestemt fysisk sted, selvom to modstandere samarbejder. Andre ordninger forsøger at tvinge selv aktivt uærlige modtagere til at skulle være ærlige ved at implementere overvældende systemkrav for evnen til at være svigagtig. Meget af denne type arbejde har vist svagheder i de nuværende kvanteimplementeringer, men har efterladt døren åben for fremtidig forskning i et meget ungt felt.
Kvantekommunikation kræver flere ting for at være virkelig sikker. For det første skal optiske transmissioner være i stand til at sende enkelte fotoner. Nuværende systemer har en tendens til at bruge lasere, der sender flere fotoner. Teoretisk set kunne en modstander opsnappe en af mange fotoner uden at efterlade et spor. Der er dog lovende forskning i udviklingen af enkeltfotonkilder.
For det andet lider fotondetektorer af fremstillingstolerance-baserede forskelle, som åbner et vindue for en aflytning til at sprøjte sig selv ind i kommunikationsstrømmen uden at blive opdaget. Dette problem er umuligt at løse fuldt ud uden uendeligt snævre tolerancer, et uigennemførligt krav.
Konklusion
Kvantekryptografi refererer til kryptografi, der gør brug af kvantemekaniske effekter. Det nuværende primære felt er Quantum Key Distribution, som bruger kvantekommunikationsmetoder til at transmittere klassiske krypteringsnøgler. Kvantekryptografi må ikke forveksles med postkvantekryptografi.