lazhacer

Kuantum nedir?

Kuantum kavramı, atom düzeyindeki,hatta daha küçük parçacıkların fizik kurallarını tanımlar. Kuantum mekaniği çok karmaşıktır. Bu boyutta herşey belirsizdir.
Kuantum dünyasının kurallarına göre bir elektronun atom etrafındaki yörüngesini yada belirli bir anda bu yörüngenin neresinde olduğunu tespit etmek olanaksız.Yapılabilecek en iyimser şey, elektronun olası yörüngelerini bulmaktır. Kuantum dünyasında madde (elektronlar,fotonlar, vs.) , bazen parçacık, bazen de dalga gibi davranır.
Bilgisayarda kapasitörün yüzeyleri arasındaki voltaj farkı bit bilgisini oluşturur.Yüklü kapasitör 1’i,yüksüz ise 0’ı temsil eder.Eğer fiziksel bit olarak atom seçilirse,kuantum mekaniği atomun bu iki durumu da aynı anda taşıdığı, yani aynı anda 1 ve 0 olduğu durumun da olabileceğini işaret eder.

KUANTUM KRİPTOGRAFİ
Kuantum kriptografi, ilk olarak 1984 yılında CharlesBennett ve Gilles Brassard tarafından keşfedilen kuantum mekaniksel bir kriptografik gizli anahtar dağıtım yöntemidir. Protokol, kuruluş yılından ve kurucularının soyadlarının baş harflerinden dolayı BB84 protokolü olarak da adlandırılmaktadır.Bu teknikte iletişim, optik kanallar üzerinden fotonlar kullanılarak gerçekleştirilmekte ve iletişim esnasında optik hatta bir müdahale olup olmadığı da açığa çıkarılabilmektedir.
Dünyanın en güvenilir kripto tekniği Kuantum kriptografisidir.Kuantum kriptografisi şifrelemede kullanılan anahtar değişim protoklü ile ön plandadır. Yani kuantum kriptografi tekniği mesajın iletilmesinden çok mesajın şifrelenmesinde ve şifrelenmiş mesajın çözülmesinde kullanılan anahtarın(tek kullanımlık-one time pad-) güvenilir bir biçimde alıcı ve verici arasında değişimi ile ilgilenir. Kuantum kriptografisi %100 güvenliği şimdilik sağlamaktadır.%100 güvenlikten kasıt alıcı ve verici arasına giren bir kişinin kendisini farkettirmeden anahtarı tamamıyla elde etmesinin önüne geçilmesidir.
Kuantum kriptografi tekniği temel bir fizik kanunu olan Heisenberg’in belirsizlik ilkesine dayanmaktadır.
Belirsizlik: Ölçümün yapılışı kuantum mekaniğinin içsel bir parçasıdır. Klasik fizikteki gibi sadece pasif, harici bir süreç değil. Yani onların, kendilerini gözlemeye çalışan her türlü durumda, tespit edilebilir bir biçimde tepki vermesini sağlayabilecek bilginin bir fotonun kuantum özelliği olarak kodlanması mümkündür. Bu etki ortaya çıkıyor çünkü kuantum teorisinde belli fiziksel özellik çiftleri, biri ölçülmeye çalışıldığında diğeri bozulan bir biçimde tümleyicidir. Genellikle kuantum şifrelemede kullanılan tümleyici iki özellik, fotonun iki polarizasyon tipidir, doğrusal (dikey ve yatay) ve köşegen (45°`te ve 135°`te).
Dolaşıklık: İki veya daha fazla kuantum parçacığının, mesela fotonun, fiziksel özelliklerinin güçlü bir şekilde bağıntılı olduğu durumdur. Dolaşık parçacıklar, tek başına parçacıkların durumları belirlenerek tanımlanamazlar ve tek başına parçacıkların üzerinde uygulanacak herhangi bir deneyimle erişilemeyecek bilgiyi birlikte paylaşabilirle. Bu durum, parçacıkların zaman içerisinde birbirlerinden ne kadar uzak olduklarından bağımsızdır.

Bu iki farklı yaklaşım (belirsizlik ve dolaşıklık) ile, iki farklı kuantum şifreleme protokol ortaya çıkmıştır. Birincisi herhangi birinin gizli anahtarı öğrenmesini engellemek için bilgi parçalarını şifrelerken foton polarizasyonunu kullanır ve kuantum rasgeleliğine dayanır. İkincisi ise aynı işlem için dolaşık foton durumlarını kullanır ve anahtarı tanımlayan bilginin sadece herhangi biri tarafından ölçümlendikten sonra ortaya çıktığı gerçeğine dayanır.
Bu ilkeye göre kuantum boyutlarındaki bir sistemde bir değişkenin belli bir niceliğinin ölçülmesi diğer nicelikleri değiştirir: kısacası gözlem gözlenen olayı etkiler. Bu etkileşimin komunikasyona uygulanması neticesinde dinlenilmesi imkansız veya imkansıza yakın iletişim hatları mümkün olmuştur. Kuantum komunikasyon hatları daima değiştirilen şifrelerin kullanıcılar arasında iletilmesi için şu nedenlerden dolayı idealdir:
1) Veri transferi genel komunikasyon hatları üzerinden yapılabilinir
2) Kuantum komunikasyon hattı üzerinden transfer edilen şifrelerin dinlenme ihtimali sıfır veya sıfıra yakındır
3) Uzun süreli kullanılan “sabit” şifrelerde olduğu gibi genel hatlardan geçen verinin kaydedilip şifrenin hesaplanması mümkün değildir.
Kuantum kriptografi tekniğinde veri iletimi klasik yollarla yapılmaz. Veri iletimi elektriksel işaretler yerine fotonlar ile yapılmaktadır. Dolayısıyla iletişim kanalı için fiber optik ağ gerekmektedir. Bu da kuantum kriptografi tekniğinin aslında sivil yaşamda kullanılamayacağını göstermektedir. Bu teknik şu anda sadece askeri amaçlarla çok kısıtlı ölçülerde kullanılmaktadır. Ancak fiber kanallarının maliyeti ve bu ağların kurulum maliyeti düştükçe bu tekniği sivil kullanımda görmek mümkün olacaktır.
Fotonları alıcıdan vericiye göndermek için fiber optik ağ gereklidir.Aynı zamanda anahtarı alıcıya göndermek için foton tabancalarına(foton üreteci) ve kristal süzgeçlere ihtiyaç vardır. Anahtar iletişimi sırasında foton’un baz alınan bir sisteme göre herhangi bir açıyla polarize olma özelliğinden faydalanılır. Fotonların dikeyde veya yatayda polarize olması(ışığın bir yöne yönelmesi) için kristal süzgeç çiftleri kullanılır. Temel olarak birbirne dik olan iki süzgeç seçilir. Rastgeleliği artırmak için birde bu süzgeçlerle 45 derecelik açı yapan ikinci bir süzgeç takımı kullanılır. Kuantum fiziğine göre 45 derecelik polarizasyonlu bir fotun birbirine dik iki süzgeç takımından geçirildiğinde fotunun yeni polarizasyonunun yönü 45 derece olmayacaktır. Peki 0 derecemi yoksa 90 derecemi olacaktır. Bunun kesin bir cevabı yoktur. Ancak her iki polarizasyon yönü içinde olasılık eşittir. Yani 10000 tane 45 derecede polarize olmuş bir foton ardarda dikey ve yatay konumda yerleştirilmiş kristal süzgeçlerinden geçirildiğinde istatistiksel olarak 5000 tanesi dikey yönde 5000 tanesi de yatay yönde polarize olacaktır. Bu yönlerden birisi 0 diğeri 1 seçilerek iletişim anlamlı hale getirilir.

Sonuç
Kuantum Kriptografi tekniği her ne kadar güvenli bir protokol içerse de uygulanabilirliği şu an için yüksek maliyet gerektirmektedir.Nitekim 60 km lik bir iletim ağı üzerinden başarı ile kullanılmış.Önümüzdeki 10-15 yıl içerisinde bu teknik sivil hayatta da kullanılabilecektir.