يكتشف علماء التشفير قواعد جديدة للتشفير الكمي

النسخة الأصلية ل هذه القصة ظهرت في مجلة كوانتا.

لنفترض أنك تريد إرسال رسالة خاصة، أو إجراء تصويت سري، أو التوقيع على مستند بشكل آمن. إذا قمت بأي من هذه المهام على جهاز الكمبيوتر، فأنت تعتمد على التشفير للحفاظ على بياناتك آمنة. يحتاج هذا التشفير إلى مقاومة الهجمات التي يشنها كاسرو الشفرات باستخدام أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم، لذا تعتمد طرق التشفير الحديثة على افتراضات حول المشكلات الرياضية التي يصعب على أجهزة الكمبيوتر حلها.

ولكن عندما وضع علماء التشفير الأسس الرياضية لهذا النهج في مجال أمن المعلومات في الثمانينيات، اكتشف عدد قليل من الباحثين أن الصلابة الحسابية لم تكن الطريقة الوحيدة لحماية الأسرار. تبين أن نظرية الكم، التي تم تطويرها في الأصل لفهم فيزياء الذرات، لها ارتباطات عميقة بالمعلومات والتشفير. لقد وجد الباحثون طرقًا لتأسيس أمان بعض مهام التشفير المحددة مباشرةً على قوانين الفيزياء. لكن هذه المهام كانت غريبة، فبالنسبة لجميع المهام الأخرى، بدا أنه لا يوجد بديل للنهج الحسابي الكلاسيكي.

وبحلول نهاية الألفية، اعتقد باحثو التشفير الكمي أن هذه هي نهاية القصة. ولكن في السنوات القليلة الماضية فقط، شهد هذا المجال تحولا زلزاليا آخر.

يقول هنري يوين، عالم نظرية المعلومات الكمومية في جامعة كولومبيا: «لقد حدثت عملية إعادة ترتيب لما نعتقد أنه ممكن مع التشفير الكمي.

في سلسلة من الأبحاث الحديثة، أظهر الباحثون أن معظم مهام التشفير لا يزال من الممكن إنجازها بشكل آمن حتى في العوالم الافتراضية حيث تكون جميع العمليات الحسابية سهلة عمليًا. كل ما يهم هو مدى صعوبة مشكلة حسابية خاصة تتعلق بنظرية الكم نفسها.

قال فيرمي ما، اختصاصي التشفير الكمي في معهد سيمونز لنظرية الحوسبة في بيركلي، كاليفورنيا: «إن الافتراضات التي تحتاجها يمكن أن تكون أضعف بكثير». “وهذا يعطينا رؤى جديدة حول الصلابة الحسابية نفسها.”

هذه الرسالة سوف تدمر نفسها بنفسها

تبدأ القصة في أواخر الستينيات، عندما بدأ طالب دراسات عليا في الفيزياء يُدعى ستيفن ويزنر بالتفكير في الطبيعة المدمرة للقياس في نظرية الكم. قم بقياس أي نظام محكوم بقواعد فيزياء الكم، وسوف تقوم بتغيير الحالة الكمومية التي تصف تكوينه رياضيًا. كان هذا الاضطراب في القياس الكمي عائقًا لمعظم الفيزيائيين. وتساءل ويزنر، الذي اتخذ وجهة نظر غير تقليدية تركز على المعلومات لنظرية الكم، عما إذا كان من الممكن جعلها مفيدة. ربما يمكن أن يكون بمثابة شكل من أشكال الحماية المضمنة من العبث بالبيانات الحساسة.

لكن أفكار ويزنر كانت سابقة لعصرها بكثير، وقد ترك المجال الأكاديمي بعد تخرجه. ولحسن الحظ، فقد ناقش أفكاره مع صديقه وزميله الفيزيائي تشارلز بينيت، الذي حاول دون جدوى إثارة اهتمام الآخرين بالموضوع لمدة عقد من الزمن. أخيرًا، في عام 1979، التقى بينيت بعالم الكمبيوتر جيل براسارد أثناء السباحة قبالة ساحل بورتوريكو خلال مؤتمر. وقاموا معًا بكتابة ورقة بحثية رائدة تصف نهجًا جديدًا لمهمة تشفير مهمة. اعتمد بروتوكولهم على اضطراب القياس الكمي، ولا يحتاج إلى افتراضات حول صعوبة أي مشاكل حسابية.