Kvantkrüptograafia viitab krüptograafilistele süsteemidele, mis toetuvad krüptograafiliste ülesannete täitmiseks kvantmehaanilistele efektidele ja omadustele. See on vastupidine tänapäevastes arvutites kasutatavale klassikalisele krüptograafiale. Kvantkrüptograafia põhinõue on kvantarvuti kasutamine; seda ei saa teha tavalise arvutiga.
QKD
Kvantkrüptograafia peamine valdkond on QKD. QKD tähistab Quantum Key Distribution. Täieliku kvantkrüptimise protsessi asemel kasutab QKD klassikalise krüpteerimisvõtme turvaliseks levitamiseks kvantefekte. See tähendab, et palju keerukamate kvantalgoritmide asemel tuleb välja töötada ainult tõestatud turvaline kvantkommunikatsioonisüsteem. See vähendab ka füüsilisi vajadusi; tehniliselt oleks tavalises arvutis vaja ainult kvantvõrgukaarti, mitte tervet kvantarvutit.
Kvantmehaanika sobib mõistlikult turvaliste kvantkommunikatsioonisüsteemide väljatöötamiseks. Kvantsidekanalitega suhtlemiseks on viise, mida volitamata kolmas osapool ei saa jälgida, ilma et see sissetungi oleks tuvastatav.
Kvantsidekanali turvalisust saab vähendada ka mõne väga minimaalse nõudmiseni. Üheks selliseks tingimuseks on see, et kahel seaduslikul osapoolel oleks mingi võimalus teineteise autentimiseks. Teine nõue on lihtsalt kvantmehaanika seaduste kehtivus.
QKD peamine probleem tuleneb raskustest kvantteabe edastamisel oluliste vahemaade tagant. Praegused uuringud võimaldavad optiliste kiudude jaoks sobivaid põhikokkulepete määrasid kuni 550 km ulatuses. Sellest vahemaast kaugemal on vaja kvantrepiitereid, et signaal ei kaoks müras. Lisaks oleks kvantkommunikatsiooni marsruutimine kvant-Interneti kaudu keeruline. Praegused testimissüsteemid kipuvad olema punktist punkti.
Muud uurimisvaldkonnad
Kvantefekte saab kasutada umbusaldava kvantarvutuse valdkonnas. Siin saavad kaks osapoolt üksteist usaldamata koostööd teha. Kvantsüsteemi saab kujundada nii, et mõlemad pooled saaksid tõestada, et teine petis. Need meetodid põhinevad aga ka mittekvantilistel efektidel, nagu erirelatiivsusteooria.
Muudes valdkondades tehakse uuringuid, näiteks nõutakse, et saaja viibiks kindlas füüsilises kohas, isegi kui kaks vastast teevad kokkumängu. Teised skeemid püüavad sundida isegi aktiivselt ebaausaid adressaate olema ausad, rakendades petturlikuks tegutsemise võimeks suuri süsteeminõudeid. Suur osa seda tüüpi töödest on näidanud praeguste kvantrakenduste nõrkusi, kuid on jätnud ukse lahti tulevaste uuringute jaoks väga noores valdkonnas.
Kvantsuhtlus nõuab mitmeid asju, et olla tõeliselt turvaline. Esiteks peavad optilised ülekanded suutma saata üksikuid footoneid. Praegused süsteemid kasutavad tavaliselt lasereid, mis saadavad mitu footonit. Teoreetiliselt võib vastane jälge jätmata kinni püüda ühe paljudest footonitest. Siiski on üksikute footoniallikate väljatöötamisel paljulubavaid uuringuid.
Teiseks kannatavad footonidetektorid tootmistolerantsil põhinevate erinevuste tõttu, mis avavad pealtkuulajale akna, et end tuvastamata sidevoogu süstida. Seda probleemi on võimatu täielikult lahendada ilma ääretult rangete tolerantsideta, mis on teostamatu nõue.
Järeldus
Kvantkrüptograafia viitab krüptograafiale, mis kasutab kvantmehaanilisi efekte. Praegune esmane väli on Quantum Key Distribution, mis kasutab klassikaliste krüpteerimisvõtmete edastamiseks kvantkommunikatsiooni meetodeid. Kvantkrüptograafiat ei tohiks segi ajada postkvantkrüptograafiaga.