ডিভাইস-স্বাধীন QKD আনহ্যাকেবল কোয়ান্টাম ইন্টারনেটকে কাছাকাছি নিয়ে আসে

দুটি স্বাধীন গবেষণা গোষ্ঠী এমন একটি পদ্ধতির মাধ্যমে কোয়ান্টাম-এনক্রিপ্ট করা কীগুলি বিতরণ করার জন্য একটি প্রোটোকল প্রদর্শন করেছে যা নিশ্চিত যে নেটওয়ার্ক হ্যাকারদের অন্ধকারে ছেড়ে দেবে। প্রোটোকল, ডাব করা ডিভাইস স্বাধীন কোয়ান্টাম কী বিতরণ, তিন দশক আগে প্রথম প্রস্তাব করা হয়েছিল কিন্তু প্রযুক্তিগত সীমাবদ্ধতার কারণে আগে পরীক্ষামূলকভাবে উপলব্ধি করা হয়নি, যা গবেষকরা এখন অতিক্রম করেছেন।

বেশিরভাগ লোকেরা ইন্টারনেটের মাধ্যমে স্থানান্তরিত তথ্য (যেমন ক্রেডিট কার্ডের বিবরণ) ভুল হাতে না পড়ে তা নিশ্চিত করতে নিয়মিত এনক্রিপশন ব্যবহার করে। বর্তমান সময়ের এনক্রিপশনের গাণিতিক ভিত্তিগুলি যথেষ্ট মজবুত যে এনক্রিপ্ট করা "কীগুলি" ক্র্যাক করা যায় না, এমনকি দ্রুততম সুপার কম্পিউটারের সাথেও। এই ধ্রুপদী এনক্রিপশন, যাইহোক, ভবিষ্যতের কোয়ান্টাম কম্পিউটার থেকে ঝুঁকির মধ্যে থাকতে পারে।

এই সমস্যার একটি সমাধান হল কোয়ান্টাম কী ডিস্ট্রিবিউশন (QKD), যা এনক্রিপশনের ভিত্তি হিসাবে গাণিতিক অ্যালগরিদমের পরিবর্তে ফোটনের কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে। উদাহরণস্বরূপ, যদি একজন প্রেরক একটি রিসিভারের কাছে একটি চাবি প্রেরণ করার জন্য আটকানো ফোটন ব্যবহার করে, যে কোনো হ্যাকার যে এই যোগাযোগের উপর গুপ্তচরবৃত্তি করার চেষ্টা করে তাদের সনাক্ত করা সহজ হবে কারণ তাদের হস্তক্ষেপ জটকে বিরক্ত করবে। তাই QKD দুই পক্ষকে নিরাপদ, গোপন কী তৈরি করতে দেয় যা তারা তথ্য ভাগ করতে ব্যবহার করতে পারে।

দুর্বল ডিভাইস

কিন্তু একটা ক্যাচ আছে। এমনকি যদি নিরাপদ উপায়ে তথ্য পাঠানো হয়, তবুও কেউ প্রেরক এবং/অথবা প্রাপকের ডিভাইস হ্যাক করে কী সম্পর্কে জ্ঞান অর্জন করতে পারে। যেহেতু QKD সাধারণত অনুমান করে যে ডিভাইসগুলি নিখুঁত ক্রমাঙ্কন বজায় রাখে, যেকোন বিচ্যুতি সনাক্ত করা কঠিন হতে পারে, যার ফলে সেগুলি আপস করার ঝুঁকিতে থাকে।

একটি বিকল্প হল ডিভাইস স্বাধীন QKD (DIQKD), যা এর নাম থেকে বোঝা যায় ডিভাইসের অবস্থা থেকে স্বাধীনভাবে কাজ করে। DIQKD নিম্নরূপ কাজ করে। দুটি ব্যবহারকারী, ঐতিহ্যগতভাবে এলিস এবং বব নামে পরিচিত, প্রত্যেকের কাছে একটি করে আটকানো জোড়ার একটি কণা রয়েছে। তারা পরীক্ষামূলক অবস্থার একটি কঠোর সেট ব্যবহার করে স্বাধীনভাবে কণা পরিমাপ করে। এই পরিমাপগুলিকে বিভক্ত করা হয় যেগুলি এনক্রিপশনের জন্য একটি কী তৈরি করতে ব্যবহৃত হয় এবং যেগুলি জট নিশ্চিত করতে ব্যবহৃত হয়৷ যদি কণাগুলি আটকে থাকে তবে পরিমাপ করা মানগুলি বেলের অসমতা হিসাবে পরিচিত শর্তগুলি লঙ্ঘন করবে। এই লঙ্ঘন প্রতিষ্ঠা করা গ্যারান্টি দেয় যে কী-প্রজন্মের প্রক্রিয়ার সাথে কোনও হেরফের করা হয়নি৷

হাই-ফিডেলিটি এনগেলমেন্ট, কম বিট এরর রেট

নতুন গবেষণায় যা বর্ণনা করা হয়েছে প্রকৃতি, অক্সফোর্ড ইউনিভার্সিটি (ইউকে), সিইএ (ফ্রান্স) এবং ইপিএফএল, জেনেভা বিশ্ববিদ্যালয় এবং ইটিএইচ (সমস্ত সুইজারল্যান্ডে) থেকে একটি আন্তর্জাতিক দল দুই মিটার দূরত্বে আটকে পড়া স্ট্রন্টিয়াম-88 আয়নগুলির উপর তাদের পরিমাপ করেছে। যখন এই আয়নগুলি উচ্চতর ইলেকট্রনিক অবস্থায় উত্তেজিত হয়, তখন তারা স্বতঃস্ফূর্তভাবে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, প্রতিটি ফোটন নির্গত করে। একটি বেল-স্টেট পরিমাপ (বিএসএম) তারপর আয়নগুলিকে আটকানোর জন্য উভয় ফোটনে সঞ্চালিত হয়। সমস্ত তথ্য সেটআপের মধ্যে রাখা হয়েছে তা নিশ্চিত করার জন্য, আয়নগুলিকে একটি ভিন্ন স্থানে নির্দেশিত করা হয় যেখানে তারা DIQKD পরিমাপ প্রোটোকল সম্পাদন করতে ব্যবহৃত হয়। এর পরে ক্রম পুনরাবৃত্তি হয়।

প্রায় আট ঘণ্টার ব্যবধানে, দলটি 1.5 মিলিয়ন আটকানো বেল জোড়া তৈরি করে এবং 95 884 বিট দীর্ঘ একটি শেয়ার্ড কী তৈরি করতে ব্যবহার করে। এটি সম্ভব হয়েছিল কারণ এনট্যাঙ্গলমেন্টের বিশ্বস্ততা বেশি ছিল, 96% এ, যখন কোয়ান্টাম বিট ত্রুটির হার কম ছিল, 1.44%। বেল অসমতা পরিমাপ, ইতিমধ্যে, 2.64 এর একটি মান উৎপন্ন করেছে, যা 2-এর ক্লাসিক্যাল সীমার উপরে, যার অর্থ এনগেলমেন্ট বাধাপ্রাপ্ত হয়নি।

একটি পৃথক পরীক্ষা, এছাড়াও বর্ণিত প্রকৃতি, জার্মানির লুডউইগ-ম্যাক্সিমিলিয়ান ইউনিভার্সিটি (এলএমইউ) এবং ন্যাশনাল ইউনিভার্সিটি অফ সিঙ্গাপুরের (এনইউএস) গবেষকরা 87 মিটার দূরে এবং 400 মিটার দীর্ঘ অপটিক্যাল ফাইবার দ্বারা সংযুক্ত ল্যাবরেটরিতে অবস্থিত অপটিক্যালি আটকে পড়া রুবিডিয়াম-700 পরমাণুর একটি জোড়া ব্যবহার করেছেন। অন্য দলের প্রোটোকলের মতো, পরমাণুগুলি উত্তেজিত হয় এবং তারা যে ফোটনগুলি নির্গত করে যখন তারা তাদের স্থল অবস্থায় ক্ষয়প্রাপ্ত হয় তখন একটি BSM সঞ্চালনের জন্য ব্যবহৃত হয় যা দুটি পরমাণুকে আটকে রাখে। পরমাণুর অবস্থাগুলিকে একটি নির্দিষ্ট অবস্থায় আয়নাইজ করে পরিমাপ করা হয়। যেহেতু ionized পরমাণুগুলি ফাঁদ থেকে হারিয়ে গেছে, তাই পরমাণুর উপস্থিতি পরীক্ষা করার জন্য একটি ফ্লুরোসেন্স পরিমাপ প্রোটোকলটি সম্পূর্ণ করে।

LMU-NUS টিম 3 ঘন্টার পরিমাপ সময়কালে এই ক্রমটি 342 75 বার পুনরাবৃত্তি করেছে, 89.2% এর একটি এনট্যাঙ্গলমেন্ট বিশ্বস্ততা এবং 7.8% এর কোয়ান্টাম বিট ত্রুটির হার বজায় রেখেছে। বেল অসমতা পরিমাপ 2.57 এর ফলাফল দেয়, আবার প্রমাণ করে যে পরিমাপের সময়কালে জট অক্ষত ছিল।

এখন এটি ব্যবহারিক করুন

DIQKD একটি ব্যবহারিক এনক্রিপশন পদ্ধতিতে পরিণত হওয়ার জন্য, উভয় দলই সম্মত হয় যে মূল প্রজন্মের হার বাড়াতে হবে। তাই, অ্যালিস এবং ববের মধ্যেও দূরত্ব থাকবে। সিস্টেমটি অপ্টিমাইজ করার একটি উপায় হতে পারে ফোটন সংগ্রহের হার উন্নত করতে গহ্বর ব্যবহার করা। আরেকটি ধাপ হল জোড়ার পরিবর্তে একক পরমাণু/আয়নগুলির অ্যারে ব্যবহার করে জট তৈরির প্রক্রিয়াটিকে সমান্তরাল করা। উপরন্তু, উভয় দলই অপটিক্যাল ফাইবারের অভ্যন্তরে উচ্চ ক্ষতি সহ তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ফোটন তৈরি করে: স্ট্রন্টিয়ামের জন্য 422 এনএম এবং রুবিডিয়ামের জন্য 780 এনএম। এটি কোয়ান্টাম ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তরের মাধ্যমে সমাধান করা যেতে পারে, যা ফোটনকে কাছাকাছি-ইনফ্রারেড অঞ্চলে স্থানান্তরিত করে যেখানে টেলিযোগাযোগের জন্য ব্যবহৃত অপটিক্যাল ফাইবারগুলি অনেক কম ক্ষতি প্রদর্শন করে।

টিম ভ্যান লিন্ট, LMU-এর একজন পিএইচডি ছাত্র এবং LMU-NUS পেপারের একজন সহ-প্রধান লেখক, নোট করেছেন যে অক্সফোর্ড-সিইএ-সুইজারল্যান্ড টিম যে কীগুলি তৈরি করেছিল তা তথাকথিত সসীম-কী সুরক্ষা অনুমানের অধীনে সুরক্ষিত ছিল, যাকে তিনি "একটি দুর্দান্ত অর্জন" বলেছেন ” তিনি যোগ করেছেন যে QKD প্রোটোকলের সমস্ত প্রয়োজনীয় পদক্ষেপগুলি বাস্তবায়নে অন্য দলের কাজ একটি গুরুত্বপূর্ণ নজির স্থাপন করে, নির্দেশ করে যে এই পরীক্ষায় রিপোর্ট করা জট গুণমান দূরবর্তী পদার্থ-ভিত্তিক কোয়ান্টাম স্মৃতিগুলির মধ্যে এখন পর্যন্ত সর্বোচ্চ।

নিকোলাস সাঙ্গুয়ার্ড, CEA-এর একজন পদার্থবিদ যিনি এই প্রকল্পের প্রধান তদন্তকারীদের একজন, বলেছেন যে LMU-NUS গবেষকরা দেখাতে সফল হয়েছেন যে আটকানো রাজ্যগুলিকে শত শত মিটারের উপরে এমন একটি গুণের সাথে বিতরণ করা যেতে পারে যা নীতিগতভাবে, ডিভাইসটি সম্পাদন করার জন্য যথেষ্ট উচ্চ। - স্বাধীন কোয়ান্টাম কী বিতরণ। তিনি যোগ করেছেন যে তাদের যে অসুবিধাগুলি কাটিয়ে উঠতে হয়েছিল তা কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কিং প্ল্যাটফর্মগুলির জন্য ডিভাইস-স্বাধীন QKD এখনও যে চ্যালেঞ্জগুলি তৈরি করে তার একটি ভাল উদাহরণ হিসাবে কাজ করে। কাঁচা ডেটা থেকে একটি কী বের করা বিশেষভাবে কঠিন, তিনি যোগ করেন, কারণ পরিমাপের ফলাফল থেকে একটি কী বের করার জন্য পরীক্ষামূলক পুনরাবৃত্তির সংখ্যা যথেষ্ট নয়।