دانشمندان کره جنوبی دستگاه جدیدی ابداع کرده‌اند که ممکن است کلید امنیت آینده دیجیتالی ما را در برابر تهدید احتمالی هک کوانتومی داشته باشد. این نوآوری که برای ایجاد خطاهای کنترل‌شده طراحی شده است، می‌تواند اجرای رمزنگاری پساکوانتومی عملی و قوی را امکان‌پذیر سازد و از داده‌های حساس رایانه‌های کوانتومی قوی در برابر هک شدن محافظت کند.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، به دنبال پیشرفت محاسبات کوانتومی با سرعت بی‌سابقه‌، صنایع از حوزه بهداشت و درمان به علم مواد روی خواهند آورد. از سوی دیگر، این پیشرفت‌ها ممکن است پروتکل‌های رمزگذاری سنتی محافظ ارتباطات ایمن را در سراسر جهان تهدید کنند.

دانشمندان برای مقابله با این چالش، در حال بررسی رمزنگاری پساکوانتومی هستند که یک رویکرد پیشرفته برای امنیت داده‌هاست. این نشان‌دهنده یک گام مهم رو به جلو است که دنیای دیجیتالی ایمن‌تر و مقاوم‌تر را در حوزه کوانتوم نوید می‌دهد.

امروزه رمزگذاری بر مسائل ریاضی اتکا دارد که حل آنها با کلید درست آسان است اما بدون آن از نظر محاسباتی غیر ممکن خواهد بود. هنگام رد و بدل شدن پیام‌های رمزگذاری‌شده دو طرف، یک کلید مشترک تضمین می‌کند که فقط آنها از عهده رمزگشایی اطلاعات برمی‌آیند. با وجود این، رایانه‌های کوانتومی در حال تغییر دادن قوانین هستند.

الگوریتم‌هایی مانند «الگوریتم شور»(Shor's algorithm) که به ‌طور ویژه برای سیستم‌های کوانتومی طراحی شده‌اند، در فاکتورگیری اعداد بزرگ برتری دارند. این کار، ستون فقرات طرح‌های رمزنگاری مدرن را تشکیل می‌دهد. اگرچه رایانه‌های معمولی برای شکستن این رمزگذاری به زمان غیر عملی نیاز دارند که بیشتر از سن جهان است اما یک رایانه کوانتومی به اندازه کافی پیشرفته می‌تواند این کار را در عرض چند ثانیه انجام دهد و روش‌های رمزگذاری پرکاربرد را منسوخ کند.

این امر به توسعه روش‌های ارتباطی کوانتومی مانند توزیع کلید کوانتومی انجامیده است. این روش‌ها از اصول مکانیک کوانتومی برای ایجاد رمزگذاری غیر قابل شکستن استفاده می‌کنند. با وجود این، توزیع کلید کوانتومی به سخت‌افزار تخصصی مانند منابع تک‌فوتونی نیاز دارد که تولید قابل اعتماد آن در مقیاس بزرگ چالش‌برانگیز است.

راه حل ممکن است در حوزه رمزنگاری پساکوانتومی نهفته باشد که به توسعه الگوریتم‌های رمزگذاری اختصاص داده شده است و می‌تواند بدون اتکا به سخت‌افزار کوانتومی تخصصی در برابر حملات کوانتومی مقاومت کند.

یکی از امیدوارکننده‌ترین روش‌ها، معرفی عمدی خطاهای ویژه است که معمولا به عنوان «نویز گاوسی»(Gaussian noise) شناخته می‌شوند. این خطاهای عمدی، اطلاعات را برای رایانه‌های کوانتومی غیر قابل درک می‌کنند اما کاربران قانونی مجهز به اطلاعات از پیش منتشرشده می‌توانند به راحتی نویز را معکوس کنند تا پیام اصلی را به دست بیاورند.

به رغم ظرافت نظری این روش، اجرای کارآمد آن چالش‌های مهمی را به همراه دارد. رویکردهای مبتنی بر نرم‌افزار برای تولید نویز گاوسی، منابع فشرده هستند و توان محاسباتی و حافظه قابل‌توجهی را مصرف می‌کنند. این محدودیت، پژوهشگران را به کشف راه‌حل‌های سخت‌افزاری سوق داده است.

«سونگهو کیم»(Sungho Kim) پژوهشگر «دانشگاه زنان اوها»(Ewha Womans University) در کره جنوبی و گروهش، یک رویکرد پیشرفته را ابداع کرده‌اند. آنها یک مولد نویز گاوسی مبتنی بر سخت‌افزار را با استفاده از خواص منحصربه‌فرد دی‌سولفید قلع توسعه داده‌اند که یک ماده دوبعدی با رفتار الکترونیکی جذاب است.

نقص در ساختار کریستالی دی‌سولفید قلع، ناشی از اتم‌های ازدست‌رفته یا لایه‌های نامنظم موسوم به تله‌های بزرگ است که یک نقش کلیدی را ایفا می‌کنند. این تله‌ها رفتار الکترون‌های مجاور را تغییر می‌دهند و حالت‌های کوانتومی را ایجاد می‌کنند که بر سیگنال‌های الکتریکی در حال عبور از ماده تأثیر می‌گذارند.

هنگامی که تله‌ها در معرض پالس‌های الکتریکی دقیق قرار می‌گیرند، الکترون‌ها را جذب و آزاد می‌کنند و نوساناتی را در جریان الکتریسیته به وجود می‌آورند. پژوهشگران نشان دادند که این نوسانات بدون نیاز به الگوریتم‌های پرهزینه محاسباتی، نویز گاوسی ایده‌آل را برای رمزگذاری تولید می‌کنند.

پژوهشگران در مقاله این پروژه نوشتند: اجرای خطاهای توزیع‌شده گاوسی به دلیل بار محاسباتی و حافظه چالش‌برانگیز است. بنابراین، این پژوهش یک نمونه‌گیر خطای گاوسی را پیشنهاد می‌کند که ویژگی‌های گاوسی ذاتی دستگاه را در مقیاس نانومتر به کار می‌برد. نمونه‌گر خطای گاوسی پیشنهادی به ‌طور قابل ‌توجهی بار محاسباتی و حافظه را کاهش می‌دهد.

این پژوهش در مجله «Advanced Quantum Technologies» به چاپ رسید.