التشابك الكمي في علم التشفير

التشابك الكمي في التشفير: نظرة عامة

التشفير الكمي هو مجال ناشئ يجمع بين مبادئ ميكانيكا الكم وعلم التشفير لإنشاء أنظمة اتصالات آمنة للغاية. يعتمد التشفير التقليدي على تعقيد الخوارزميات الرياضية، والتي يمكن أن تكون عرضة للخطر مع تطور قوة الحوسبة، وخاصة مع ظهور الحواسيب الكمومية. أما التشفير الكمي، فيعتمد على قوانين الفيزياء الأساسية، مما يجعله من الناحية النظرية غير قابل للاختراق.

أحد أهم المفاهيم في التشفير الكمي هو التشابك الكمي. التشابك الكمي هو ظاهرة غريبة تربط بين جسيمين أو أكثر بطريقة تجعل حالتهم مرتبطة بشكل لا يمكن فصله، بغض النظر عن المسافة التي تفصلهم. عندما يتم قياس حالة أحد الجسيمين، فإن حالة الجسيم الآخر تتحدد بشكل فوري، حتى لو كانا على بعد سنوات ضوئية.

كيف يعمل التشابك الكمي في التشفير؟

يستخدم التشابك الكمي في التشفير لإنشاء وتوزيع مفاتيح التشفير السرية. الطريقة الأكثر شيوعاً هي بروتوكول توزيع المفاتيح الكمومية (QKD)، مثل بروتوكول BB84. إليك كيف يعمل بشكل عام:

1. إنشاء التشابك: يقوم المرسل (عادةً ما يسمى "أليس") والمستقبل (عادةً ما يسمى "بوب") بإنشاء سلسلة من أزواج الجسيمات المتشابكة (غالبًا ما تكون فوتونات).
2. قياس الجسيمات: تحتفظ أليس بنصف الجسيمات المتشابكة، بينما يرسل النصف الآخر إلى بوب عبر قناة كمومية. تقوم أليس وبوب بشكل مستقل بقياس جسيماتهما باستخدام مجموعة من الأسس المحتملة.
3. تبادل المعلومات (عبر قناة عامة): تتواصل أليس وبوب عبر قناة عامة (مثل الإنترنت) لمناقشة الأسس التي استخدموها للقياس. ومع ذلك، لا يكشفان عن نتائج قياساتهما.
4. تحديد المفتاح: تحتفظ أليس وبوب فقط بنتائج القياسات التي استخدموا فيها نفس الأساس. تشكل هذه النتائج المشتركة المفتاح السري.
5. تقدير الأخطاء: تستخدم أليس وبوب جزءًا من المفتاح السري لتقدير معدل الخطأ في القناة. إذا كان معدل الخطأ مرتفعًا جدًا، فهذا يشير إلى أن شخصًا ما ("إيف") كان يحاول اعتراض الاتصال، ويتم التخلص من المفتاح.
6. تصحيح الأخطاء وتكثيف الخصوصية: إذا كان معدل الخطأ مقبولاً، تستخدم أليس وبوب تقنيات تصحيح الأخطاء وتكثيف الخصوصية لإزالة أي معلومات قد تكون إيف قد حصلت عليها.

مزايا وعيوب التشفير الكمي

المزايا:

• أمان مطلق (نظريًا): يعتمد على قوانين الفيزياء، مما يجعله محصنًا ضد الهجمات الرياضية.
• الكشف عن التنصت: أي محاولة لاعتراض الاتصال ستؤدي إلى إزعاج حالة الجسيمات المتشابكة، مما يسمح لأليس وبوب بالكشف عن وجود المتن