Para peneliti di Tiongkok telah mencapai tonggak penting dalam distribusi kunci kuantum (QKD) dari luar angkasa ke darat dengan mendemonstrasikan terminal QKD yang berfungsi dengan setengah massa dari sistem sebelumnya. Setelah mengirim terminal baru ke luar angkasa untuk mengorbit Bumi melalui laboratorium luar angkasa Tiangong-2, para ilmuwan di Laboratorium Nasional Hefei dan Universitas Sains dan Teknologi Cina (USTC) melakukan serangkaian 19 percobaan antara 23 Oktober 2018 dan 13 Februari 2019, berhasil mentransmisikan kunci kuantum antara satelit dan empat stasiun di darat dalam 15 hari terpisah.
Seperti terminal QKD lainnya, perangkat dalam penelitian ini mengandalkan perilaku kuantum cahaya untuk menciptakan jenis kunci enkripsi yang diperlukan untuk melindungi data. “QKD menggunakan unit dasar cahaya – foton tunggal – untuk menyandikan informasi antara dua pengguna yang berjauhan,” jelas Jian-Wei Pan, fisikawan di USTC dan salah satu penulis makalah tentang penelitian di Optica. “Misalnya, pemancar dapat secara acak mengkodekan informasi tentang keadaan polarisasi foton, seperti horizontal, vertikal, linier +45°, atau linier –45°. Pada penerima, decoding keadaan polarisasi serupa dapat dilakukan, dan kunci mentah dapat diperoleh. Setelah koreksi kesalahan dan penguatan privasi, kunci aman terakhir dapat diekstraksi.”
Keamanan yang tahan masa depan
Terminal QKD baru yang lebih ramping merupakan kabar baik bagi pengguna dengan persyaratan keamanan tinggi. Meskipun kriptografi kunci publik tradisional saat ini merupakan salah satu cara enkripsi terbaik, kriptografi ini bergantung pada fakta bahwa komputer klasik tidak dapat menyelesaikan masalah tertentu dalam jangka waktu yang wajar. Namun, fungsi matematika yang rumit ini hanya berfungsi jika peretas menggunakan komputer klasik. Seperti yang ditunjukkan Pan, komputer kuantum di masa depan dapat digunakan dengan mudah algoritma Shor untuk memecahkan bahkan metode kriptografi terbaik saat ini.
Jika komputer kuantum dapat memecahkan enkripsi klasik, salah satu solusi yang mungkin dilakukan adalah dengan menggunakan enkripsi kuantum, jika memungkinkan. “QKD memberikan solusi keamanan informasi untuk masalah pertukaran kunci,” kata Pan. “Teorema kuantum tanpa kloning menyatakan bahwa keadaan kuantum yang tidak diketahui tidak dapat dikloning dengan andal. Jika penyadap mencoba menguping di QKD, dia pasti akan menimbulkan gangguan pada sinyal kuantum, yang kemudian akan terdeteksi oleh pengguna QKD.”
Paul Kwiat, fisikawan di University of Illinois di Urbana-Champaign, AS, yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut, menambahkan bahwa setiap serangan terhadap QKD harus dilakukan pada saat penularan. “Dalam hal ini, QKD terkadang digambarkan sebagai 'bukti masa depan' – tidak peduli seberapa besar kekuatan komputasi yang dikembangkan musuh 10 tahun dari sekarang (yang penting bagi kriptografi kunci publik); yang penting adalah kemampuan yang dimiliki penyadap ketika kunci kuantum pertama kali didistribusikan,” kata Kwiat, yang memimpin divisi komunikasi kuantum at Q-BERIKUTNYA, sebuah konsorsium penelitian yang berfokus pada tantangan informasi kuantum.
Batasan siang hari
Meskipun pekerjaan QKD sebelumnya telah dilakukan dengan perangkat berbeda pada satelit Micius, dalam studi terbaru para peneliti mampu mengurangi massa terminal dengan mengintegrasikan muatan QKD dengan sistem lain seperti kontrol elektronik, optik, dan teleskop. Ini merupakan langkah maju yang besar, namun anggota tim Hefei–USTC belum selesai. Salah satu tantangan yang mereka sebutkan dalam makalah mereka adalah saat ini mereka tidak dapat menjalankan terminal pada siang hari. Hal ini karena hamburan sinar matahari menciptakan kebisingan latar belakang yang lima hingga enam kali lipat lebih besar daripada yang terlihat dalam eksperimen yang dilakukan pada malam hari. Meskipun demikian, Pan dan rekan-rekannya sedang mengerjakan teknologi seperti pengoptimalan panjang gelombang, pemfilteran spektral, dan pemfilteran spasial untuk memungkinkan pengoperasian QKD siang hari.
QKD yang tidak bergantung pada perangkat mendekatkan Internet kuantum yang tidak dapat diretas
Pan menyatakan bahwa timnya mempunyai rencana besar, yang diharapkan akan mencapai puncaknya pada penciptaan jaringan kuantum global yang terintegrasi dengan satelit dan darat yang dapat memberikan layanan kepada pengguna di seluruh dunia. Menyusul keberhasilan pekerjaan ini, tim akan mulai membangun konstelasi satelit kuantum yang terdiri dari beberapa satelit orbit rendah, satelit orbit menengah hingga tinggi, dan jaringan QKD serat tanah. “Kami pikir pekerjaan kami akan memberikan kontribusi pada bidang penelitian yang menarik tentang bagaimana membangun konstelasi satelit yang optimal,” kata Pan.
