Útvonaltervezés összefonódás alapú műholdas kvantumkommunikációs hálózatokban

A jelenkori kommunikációs világ egy lehetséges jövőbeli mozgatója a kvantumkriptográfia. Eddig az interneten való biztonságos kommunikációnak az egyik alappillérét alkotta az a feltételezés, hogy a prímek faktorizációja egy nagyon nehéz és lassú folyamat. Ezt a műveletet – egy nagy (~1030) szám esetén – a mai klasszikus számítógépekkel több ezer évbe kerülne végrehajtani, ez adja az RSA – és még sok más publikus kulcsú – titkosítás alapját. Peter W. Shor kvantumalgoritmusának köszönhetően viszont ezt a műveletet végre lehet hajtani az eredeti idő töredéke alatt. Éppen ezért már csak a kvantumhardverek fejlődésétől függ, hogy a ma használt publikus kulcsú titkosítások mikor lesznek feltörhetőek.

A kvantumtechnológia fejlődése nemcsak a kommunikációs világban fog nagy változásokat hozni, hanem sok ehhez egyáltalán nem köthető területen is, mint például az orvostudomány (fehérje hajtogatás) vagy az anyagtudomány (anyagok molekuláris tulajdonságának számolása). Emellett a kvantumtechnológia felhasználható biztonságos kommunikáció lebonyolításához is, erre már most több kulcsszétosztó protokoll is létezik, melyek a részecskék kvantumtulajdonságait használják ki. Ezek közül a legismertebbek a Charles Bennett és Gilles Bassard által létrehozott BB84 protokoll, mely a fotonok polarizációján alapul és az Artur Ekert alkotta E91 protokoll, mely kvantum-összefonódás segítségével hoz létre kulcsot a kommunikációt végző felek között.

Kvantumbiteket – a kvantuminformatika legkisebb információs építőelemeit – a legtöbb esetben fotonokon keresztül osztunk meg távoli pontokkal. Kvantumkommunikációt két fő közegen folytathatunk: optikai szálon vagy szabad optikai csatornán keresztül. Az optikai szál előnye, hogy a kommunikáció egy menedzselt környezeten keresztül történik, az az a külső zavarok nagy részétől megszabadulhatunk különböző óvintézkedések bevezetésével. Nagy hátrányai viszont, hogy költséges kiépíteni, fenntartani és alacsony lefedettséget biztosít. A szabadtéri kvantumkommunikációval ezzel szemben nagyobb lefedettséget tudunk elérni, viszont a csatornának sokkal nagyobb az entrópiája.

Munkám során egy lehetséges műhold alapú kvantumhálózat tulajdonságait vizsgáltam, az Orekit műholdpálya szimulátor segítségével. Létrehoztam egy saját, optikai áteresztőképességen alapuló útvonaltervező algoritmust. Ennek segítségével vizsgáltam összefonódás alapú kvantumhálózatokat változó sűrűségű műholdas rendszerek mentén. Tevékenységem fő motivációja egy Európát lefedő, kis méretű összefonódásos kvantumhálózat szimulációjának vizsgálata.

szerző

• 
  Mihály András
  Mérnök informatikus szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

• 
  Dr. Bacsárdi László
  egyetemi docens, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék

helyezés