Cáp lượng tử siêu an toàn ẩn trong đường hầm ở Mỹ

Những người dân thường lưu thông qua Đường hầm Holland nối Lower Manhattan và New Jersey có thể không biết rằng công nghệ có khả năng là tương lai của truyền thông đang được thử nghiệm ngay bên ngoài cửa sổ xe hơi của họ. Theo Bloomberg, có một sợi cáp quang chạy qua đường hầm khai thác sức mạnh lượng tử để bảo vệ dữ liệu ngân hàng khỏi bị do thám.

Kỹ thuật cáp này là công nghệ phân phối khóa lượng tử hay QKD. Bất cứ cơ quan tình báo nửa vời nào cũng có thể xử lý vật lý sợi cáp quang thông thường, chặn thông điệp mà chúng mang theo. Họ có thể uốn cong cáp bằng kẹp nhỏ, sau đó sử dụng phần cứng chuyên dụng để phân tách chùm sáng mang số 0 và 1 kỹ thuật số. Những người giao tiếp bằng cáp loại này không cách nào biết được mình đang bị nghe lén, vì họ vẫn nhận tin nhắn mà không bị chậm trễ.

QKD giải quyết vấn đề trên bằng cách tận dụng khái niệm vật lý lượng tử, rằng ánh sáng, thường được xem là sóng, cũng có thể phản ứng như hạt. Ở mỗi đầu sợi quang, hệ thống QKD (giống như các máy chủ mà bạn có thể tìm thấy trong bất cứ trung tâm dữ liệu nào) sử dụng laser để bắn dữ liệu trong các xung ánh sáng yếu. Mỗi xung chỉ lớn hơn photon đơn lẻ một chút. Nếu bất kỳ xung nào bị gián đoạn và không thể đến điểm cuối với thời gian dự kiến, người gửi và người nhận biết rằng nội dung liên lạc giữa họ bị can thiệp.

“Các hãng tài chính cho rằng đây là điểm tạo sự khác biệt”, CEO John Prisco của Quantum Xchange, hãng điều hành dây cáp trong Đường hầm Holland từ mùa thu 2018, cho hay. Ông Prisco nói rằng vài ngân hàng lớn và các hãng quản lý tài sản đang thử nghiệm thiết bị này. Giới doanh nghiệp cân nhắc dùng QKD để bảo vệ bí mật nhạy cảm nhất, bao gồm thuật toán giao dịch và tài khoản thanh toán của khách hàng. Quantum Xchange cho hay họ kỳ vọng nối dài cáp từ Boston đến Washington D.C., quảng bá chúng cho các cơ quan chính phủ Mỹ.

Mô phỏng truyền tin theo kỹ thuật cáp QKD Ảnh: Bloomberg

Ước tính thị trường QKD thường niên dao động từ 50 đến 500 triệu USD, song theo hãng nghiên cứu thị trường Global Industry Analysts, nhu cầu QKD và công nghệ liên quan có thể đạt 2 tỉ USD năm 2024. Chính phủ Trung quốc tạo ra liên kết được bảo vệ bằng QKD dài hơn 1.995 km từ Bắc Kinh đến Thượng Hải. Nước này cũng thể hiện khả năng dùng QKD để truyền và nhận tin nhắn từ vệ tinh.

Một số startup QKD đang chào mời nhiều nhóm khách hàng khác nhau. Đơn cử, Qubitekk ở Nam California có hợp đồng với Bộ Năng lượng Mỹ cho dự án thí điểm bảo đảm thông tin liên lạc vốn giúp vận hành các nhà máy điện. Nhiều hãng viễn thông lớn bao gồm BT Group, NTT Corp. của Anh xem xét liệu có nên xây dựng thêm lớp bảo vệ cho cơ sở hạ tầng mạng của họ hay không.

Máy tính lượng tử là mối đe dọa tiềm năng với loại mã hóa thông thường. Như hệ thống QKD, các máy này sử dụng nguyên tắc vật lý lượng tử để xử lý thông tin, một ngày nào đó có thể đạt sức mạnh xử lý vượt xa máy tính thông thường. Nếu điều này xảy ra trong 3-15 năm tới theo ước tính chung, máy tính lượng tử mở ra cho hầu hết mọi người khả năng phá mã mà Cơ quan An ninh Quốc gia Mỹ (NSA) hiện có. Năm 2016, NSA cảnh báo giới doanh nghiệp làm ăn với chính phủ Mỹ rằng thế hệ hệ thống mã hóa kế tiếp của họ phải chống lại được các cuộc tấn công từ máy tính lượng tử.

QKD cũng có giới hạn. Nó chỉ có thể bảo vệ dữ liệu trong quá trình chuyển đi, không phải khi nghỉ hoặc đang trữ trong các trung tâm dữ liệu hay trên ổ đĩa cứng. Vì hệ thống cáp quang tự hấp thu một phần ánh sáng, đến nay chỉ một photon có thể đi.

Giới khoa học đã và đang thúc đẩy ranh giới truyền và đạt kết quả 418 km trong phòng thí nghiệm. Dù vậy, truyền tốc độ cao trong điều kiện thực tế chỉ đạt 96,5 km. Việc truyền đi xa hơn đòi hỏi một loạt “nốt tin cậy”, hay là các rơ-le chính nó dễ bị hacker hoặc rủi ro vật lý làm hại. Trung Quốc sử dụng quân sĩ có vũ trang để bảo vệ các nút trong mạng QKD dài 1995 km của mình, cựu chuyên gia an ninh mạng lưới Anthony Lawrence của NSA cho hay.

Một cách chắc chắn để tránh các vấn đề an ninh và khoảng cách đơn giản là cắt dây. Hãng khởi nghiệp Kets Quantum Security đang hợp tác với Airbus để dùng QKD bảo đảm liên lạc giữa máy bay không người lái và nhà điều hành trên mặt đất. Ông Lawrence dự báo lơ-le vệ tinh cuối cùng có thể truyền tín hiệu được mã hóa lượng tử ở hầu hết mọi nơi trên Trái đất, dù hiện tín hiện chỉ được truyền trong hầm Holland.