100 km yang Belum Pernah Ada Sebelumnya – Peneliti Mencetak Rekor Jarak Baru Dengan Kunci Kuantum

Para peneliti di Universitas Teknik Denmark (DTU) telah berhasil memanfaatkan enkripsi kuantum untuk transmisi informasi yang aman dalam jarak 100 kilometer melalui kabel serat optik, kira-kira sama dengan jarak antara Oxford dan London.

Read Also

Genosida Israel yang didukung AS di Gaza memasuki hari ke-188

12 Apr 2024

Para ilmuwan di Technical University of Denmark (DTU) telah mencapai terobosan dalam komunikasi yang aman dengan mendistribusikan kunci aman kuantum melalui Continuous Variable Quantum Key Distribution (CV QKD). Tim ini telah mencetak rekor baru dengan menjadikan teknik ini efektif pada jarak 100 kilometer yang belum pernah terjadi sebelumnya, yang merupakan jarak terjauh yang pernah dicapai dengan CV QKD. Keuntungan metode ini adalah dapat diterapkan pada infrastruktur Internet yang ada.

Komputer kuantum mengancam enkripsi berbasis algoritma yang ada, yang saat ini mengamankan transfer data dari penyadapan dan pengawasan. Mereka belum cukup kuat untuk menghancurkannya, tapi ini hanya masalah waktu. Jika komputer kuantum berhasil menemukan algoritme yang paling aman, ia akan membuka pintu bagi semua data yang terhubung melalui internet. Hal ini mempercepat pengembangan metode enkripsi baru berdasarkan prinsip fisika kuantum.

Namun agar berhasil, para peneliti harus mengatasi salah satu tantangan mekanika kuantum – memastikan konsistensi dalam jarak yang lebih jauh. Distribusi Kunci Kuantum Variabel Kontinu sejauh ini bekerja paling baik pada jarak pendek.

Read Also

Bagaimana Tiang Teknologi Tinggi VIPER Mengubah Misi Bulan

14 Apr 2024

“Kami telah mencapai berbagai perbaikan, terutama terkait hilangnya foton selama proses tersebut. Dalam percobaan ini, diterbitkan di Kemajuan Ilmu Pengetahuan, kami dengan aman mendistribusikan kunci terenkripsi kuantum sejauh 100 kilometer melalui kabel serat optik. Ini adalah rekor jarak dengan metode ini,” kata Tobias Gehring, seorang profesor di DTU, yang bersama dengan sekelompok peneliti di DTU, bertujuan untuk mendistribusikan informasi terenkripsi kuantum ke seluruh dunia melalui internet.

Kunci rahasia dari keadaan cahaya kuantum

“Ketika data perlu dikirim dari A ke B, maka harus dilindungi. Enkripsi menggabungkan data dengan kunci aman yang didistribusikan antara pengirim dan penerima sehingga keduanya dapat mengakses data. Pihak ketiga tidak boleh dapat mengetahui kuncinya saat sedang dikirimkan; jika tidak, enkripsi akan disusupi. Oleh karena itu, pertukaran kunci sangat penting dalam mengenkripsi data.

Distribusi Kunci Kuantum (QKD) adalah teknologi canggih yang sedang dikembangkan oleh para peneliti untuk pertukaran penting. Teknologi ini memastikan pertukaran kunci kriptografi dengan menggunakan cahaya dari partikel mekanika kuantum yang disebut foton.

Kelompok peneliti: (di depan) Adnan AE Hajomer, Nitin Jain, Ulrik L. Andersen (di belakang) Ivan Derkach, Hou-Man Chin, Tobias Gehring. Kredit: DTU

Ketika pengirim mengirimkan informasi yang dikodekan dalam foton, sifat mekanika kuantum foton dieksploitasi untuk membuat kunci unik bagi pengirim dan penerima. Upaya orang lain untuk mengukur atau mengamati foton dalam keadaan kuantum akan mengubah keadaannya secara instan. Oleh karena itu, secara fisik hanya mungkin mengukur cahaya dengan mengganggu sinyalnya.

“Tidak mungkin membuat salinan keadaan kuantum, seperti ketika membuat salinan lembar A4 – jika Anda mencobanya, salinannya akan lebih rendah. Itulah yang memastikan bahwa kuncinya tidak dapat disalin. Hal ini dapat melindungi infrastruktur penting seperti catatan kesehatan dan sektor keuangan dari peretasan,” jelas Tobias Gehring.

Bekerja melalui infrastruktur yang ada

Teknologi Continuous Variable Quantum Key Distribution (CV QKD) dapat diintegrasikan ke dalam infrastruktur internet yang ada.

“Keuntungan menggunakan teknologi ini adalah kita dapat membangun sistem yang menyerupai apa yang sudah diandalkan oleh komunikasi optik.”

Tulang punggung internet adalah komunikasi optik. Ia bekerja dengan mengirimkan data melalui cahaya inframerah yang melewati serat optik. Mereka berfungsi sebagai pemandu cahaya yang dipasang pada kabel, memastikan kami dapat mengirim data ke seluruh dunia. Data dapat dikirim lebih cepat dan jarak yang lebih jauh melalui kabel serat optik, dan sinyal cahaya tidak terlalu rentan terhadap interferensi, yang dalam istilah teknis disebut noise.

“Ini adalah teknologi standar yang telah digunakan sejak lama. Jadi, Anda tidak perlu menemukan sesuatu yang baru untuk dapat menggunakannya untuk mendistribusikan kunci kuantum, dan hal ini dapat membuat implementasi menjadi jauh lebih murah. Dan kami dapat mengoperasikannya pada suhu kamar,” jelas Tobias Gehring, sambil menambahkan:

“Tetapi teknologi CV QKD bekerja paling baik pada jarak yang lebih pendek. Tugas kita adalah meningkatkan jarak. Dan lari 100 kilometer adalah langkah besar ke arah yang benar.”

Kebisingan, Kesalahan, dan Bantuan dari Pembelajaran Mesin

Para peneliti berhasil meningkatkan jarak dengan mengatasi tiga faktor yang membatasi sistem mereka dalam pertukaran kunci terenkripsi kuantum dalam jarak yang lebih jauh:

Pembelajaran mesin memberikan pengukuran awal terhadap gangguan yang memengaruhi sistem. Kebisingan, demikian sebutan untuk gangguan ini, dapat timbul, misalnya, dari radiasi elektromagnetik, yang dapat mendistorsi atau menghancurkan keadaan kuantum yang sedang ditransmisikan. Deteksi kebisingan yang lebih dini memungkinkan pengurangan efek terkait secara lebih efektif.

Selain itu, para peneliti menjadi lebih baik dalam memperbaiki kesalahan yang mungkin terjadi selama proses, yang dapat disebabkan oleh kebisingan, gangguan, atau ketidaksempurnaan pada perangkat keras.

“Dalam pekerjaan kami yang akan datang, kami akan menggunakan teknologi ini untuk membangun jaringan komunikasi yang aman antar kementerian Denmark untuk mengamankan komunikasi mereka. Kami juga akan mencoba membuat kunci rahasia antara, misalnya, Kopenhagen dan Odense untuk memungkinkan perusahaan dengan cabang di kedua kota tersebut membangun komunikasi yang aman secara kuantum,” kata Tobias Gehring.

Referensi: “Distribusi kunci kuantum variabel kontinu jarak jauh melalui serat 100 km dengan osilator lokal lokal” oleh Adnan AE Hajomer, Ivan Derkach, Nitin Jain, Hou-Man Chin, Ulrik L. Andersen dan Tobias Gehring, 3 Januari 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adi9474

Innovation Fund Denmark, Danish National Research Foundation, program penelitian dan inovasi Horizon Europe Uni Eropa, Carlsberg Foundation, dan Czech Science Foundation mendukung proyek ini.