kvanttiviestinnän

Kvanttiviestinnän tarkoittaa viestintää, jonka turvallisuus ja toimintaperiaatteet perustuvat kvanttifysiikan ilmiöihin, kuten kubittien superpositioon, mittaukseen ja no-cloning -periaatteeseen. Sen keskeisiä sovelluksia ovat turvallinen avaintenvaihto ja mahdollisesti kvanttiviestinnän yhteydet, joissa tiedon siirtäminen tai sen tilojen häivyttäminen tapahtuu kvanttimaailman periaatteiden mukaan. Kvanttiviestinnän turvallisuus voi olla molemminpuolisesti todistettavissa, eikä se perustu ainoastaan laskennalliseen vaikeuteen vaan fysiikkaan.

Käytännössä kvanttiviestinnässä hyödynnetään kubitteja, joita voidaan toteuttaa esimerkiksi fotoneina. Kubittin tilaa voidaan käyttää tiedon esittämiseen superposition-tiloissa, ja mittaus voi muuttaa tilaa siten, että mittaus ei ole ennustettavissa ennakkoon. No-cloning -periaate estää tuntemattoman kubitin kopioimisen, mikä on keskeistä viestinnän turvallisuuden kannalta. Entanglement eli suuret tilayhteydet mahdollistavat korreloitujen mittaustulosten jakamisen etäisyydestä riippumatta.

Yleisimpiä kvanttiviestinnän protokollia ovat BB84 ja E91. BB84 käyttää epäyhtenäisiä tiloja avaintenvaihdon turvaamiseen siten, että mahdollinen salakuuntelu havaitaan määrällisesti tilojen epävarmuuden kautta. E91 hyödyntää kvantti-empirien eli EPR-parien sitoutuneita korrelaatioita. Kvanttiviestintä keskittyy ensisijaisesti turvalliseen avaintenvaihtoon, mutta sen visiosta on kehitteillä myös pidemmälle meneviä tilansiirto- ja viestintämenetelmiä.

Fyysiset toteutukset tapahtuvat pääasiassa optisten kuitujen ja vapaan tilan kanavien kautta, sekä keinotekoisesti avaruudessa suoritetuissa linkeissä satelliittien avulla. Suurempi etäisyys vaatii epäonnistuviin häviöihin sopeutuvia ratkaisuja, kuten kvanttirepeateriä, kubittimuistoja ja kehittyneitä fotonitunnistimia sekä lähitulevaisuudessa integrointia nykyisiin telekommunikaatioverkkoihin.

Tällä hetkellä kvanttiviestintä on edennyt kokeilu- ja pilottiverkkojen tasolle sekä tutkimusalueeksi, jolla kehitetään standardeja, turvallisuusprotokollia ja kustannustehokkaita ratkaisuja. Haasteina ovat verkkojen laajennettavuus, häviöiden hallinta, laitteistojen hinta ja yhteensopivuus olemassa olevien järjestelmien kanssa. Kvanttiviestinnästä odotetaan pitkällä aikavälillä mahdollisuutta luotettavampaan ja skaalautuvampaan turvalliseen viestintään.