量子暗号とは?

量子暗号とは、量子力学的効果と特性に依存して暗号タスクを実行する暗号システムを指します。 これは、現代のコンピューターで使用される従来の暗号化とは対照的です。 量子暗号の基本的な要件は、量子コンピューターの使用です。 標準のコンピューターを使用して実行することはできません。

QKD

量子暗号の主な分野は QKD です。 QKD は Quantum Key Distribution の略です。 完全な量子暗号化プロセスを使用するのではなく、QKD は量子効果を使用して従来の暗号化キーを安全に配布します。 これは、はるかに複雑な量子アルゴリズムではなく、実証済みの安全な量子通信システムのみを開発する必要があることを意味します。 また、物理的な要件も軽減されます。 技術的には、量子コンピューター全体ではなく、通常のコンピューターに必要なのは量子ネットワーク カードだけです。

量子力学は、安全な量子通信システムの開発に適しています。 許可されていない第三者が侵入を検出できなければ監視できない量子通信チャネルと通信する方法があります。

量子通信チャネルのセキュリティも、いくつかの非常に最小限の要件に減らすことができます。 そのような条件の 1 つは、2 つの正当な当事者が相互に認証する何らかの方法を持っていることです。 もう 1 つの要件は、量子力学の法則が適用されることです。

QKD の主な問題は、かなりの距離にわたって量子情報を送信することの難しさにあります。 現在の研究では、550km の長さの光ファイバーを介した適切な鍵合意レートが可能です。 この距離を超えると、信号がノイズで失われないようにするために、量子リピータが必要になります。 さらに、量子インターネットを介して量子通信をルーティングすることは困難です。 現在のテスト システムは、ポイント ツー ポイントになる傾向があります。

その他の研究分野

量子効果は、信頼できない量子コンピューティングの分野で利用できます。 ここでは、2 つの当事者がお互いを信頼しなくても協力できます。 量子システムは、双方が相手が不正行為をしていたことを証明できるように設計できます。 ただし、これらの方法は、特殊相対論などの非量子効果にも依存しています。

2 人の敵対者が結託した場合でも受信者が特定の物理的な場所にいる必要があるなど、他の分野での研究が進行中です。 他のスキームは、不正行為を行うための圧倒的なシステム要件を実装することにより、積極的に不正行為を行う受信者でさえ正直である必要があることを強制しようとします. このタイプの研究の多くは、現在の量子実装の弱点を示していますが、非常に新しい分野での将来の研究への扉を開いたままにしています.

量子通信では、真に安全であるためにいくつかのことが必要です。 まず、光伝送は単一光子を送信できる必要があります。 現在のシステムは、複数の光子を送信するレーザーを使用する傾向があります。 理論的には、敵は痕跡を残さずに多くの光子の 1 つを傍受できます。 ただし、単一光子源の開発には有望な研究があります。

第 2 に、光子検出器には、製造公差に基づく差異があり、盗聴者が検出されずに通信ストリームに侵入する可能性があります。 この問題は、実行不可能な要件である無限に厳しい公差なしに完全に解決することは不可能です。

結論

量子暗号とは、量子力学的効果を利用した暗号のことです。 現在の主な分野は、量子通信方式を使用して従来の暗号鍵を送信する量子鍵配布です。 量子暗号をポスト量子暗号と混同しないでください。