Bước tiến lớn cho an ninh mạng: Tin nhắn lượng tử được gửi trên cáp quang thông thường

Kết quả này đánh dấu cột mốc đáng chú ý trong hành trình đưa công nghệ bảo mật thế hệ mới ra khỏi phòng thí nghiệm, tiến tới ứng dụng thực tế.

Theo Financial Times, công trình do nhóm nghiên cứu của Toshiba Europe thực hiện, ứng dụng kỹ thuật phân phối khóa lượng tử (Quantum Key Distribution - QKD). Đây là một phương pháp mã hóa sử dụng hiện tượng vật lý gọi là vướng víu lượng tử, cho phép hai hạt hạ nguyên tử duy trì mối liên kết đặc biệt, bất kể khoảng cách địa lý.

Khi một trong hai hạt bị đo đạc, thông tin về hạt còn lại sẽ ngay lập tức thay đổi tương ứng. Từ đó, người gửi và người nhận có thể chia sẻ một “khóa mã hóa” mà bất kỳ hành vi can thiệp nào từ bên thứ ba đều sẽ bị phát hiện ngay lập tức.

Các nhà nghiên cứu của Toshiba Europe đã sử dụng cái gọi là mật mã phân phối khóa lượng tử để truyền tải thông điệp qua các hệ thống truyền thông truyền thống - Ảnh: Toshiba Europe

Công nghệ lượng tử ứng dụng trên hạ tầng viễn thông

Điểm nổi bật của thí nghiệm là việc sử dụng cáp quang thông thường, thay vì các thiết bị chuyên dụng đắt đỏ như hệ thống làm mát siêu lạnh hay bộ phát hiện photon nhạy cao. Đây là lần đầu tiên một hệ thống QKD được triển khai thành công trên mạng viễn thông thương mại Đức, trải dài từ thành phố Frankfurt đến Kirchfeld và Kehl.

Theo ông Robert Woodward, trưởng nhóm nghiên cứu QKD tại Toshiba Europe, kết quả này “mở ra cánh cửa cho nhiều công nghệ lượng tử chuyển mình từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng thực tiễn, trên chính các hạ tầng sẵn có”.

Ông cũng nhấn mạnh QKD hiệu suất cao hiện đã khả thi bằng các linh kiện thương mại phổ biến, giúp việc triển khai trên diện rộng trở nên thực tế hơn bao giờ hết.

Việc bảo vệ dữ liệu nhạy cảm như giao dịch ngân hàng, hồ sơ y tế hay các bí mật quốc gia đang trở thành ưu tiên hàng đầu trong bối cảnh nhiều quốc gia theo đuổi phát triển máy tính lượng tử. Các thiết bị tính toán mới này có thể phá vỡ những thuật toán mã hóa hiện hành, vốn dựa trên các bài toán toán học phức tạp.

Trong bối cảnh đó, QKD nổi lên như một giải pháp bảo mật đầy tiềm năng, với lợi thế lớn nhất là khả năng phát hiện ngay lập tức mọi nỗ lực nghe lén. Nếu ai đó cố gắng truy cập trái phép vào luồng dữ liệu, trạng thái lượng tử sẽ thay đổi và cảnh báo sẽ được kích hoạt.

“Đây là một bước tiến quan trọng trong quá trình đưa truyền thông lượng tử ra khỏi môi trường kiểm soát chặt chẽ của phòng thí nghiệm. Các hệ thống như thế này là nền tảng cho một tương lai truyền thông an toàn và bền vững”, Giáo sư Sandrine Heutz - Trưởng khoa Vật liệu tại Đại học Hoàng gia London (Anh) nhận định.

Ưu tiên đơn giản hóa để mở rộng quy mô

Thay vì theo đuổi các cấu hình thiết bị phức tạp, nhóm nghiên cứu tại Đức chọn cách đơn giản hóa tối đa hệ thống nhằm tăng tính khả thi. Mặc dù điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu ở một mức độ nào đó, nhưng đổi lại là khả năng mở rộng lên quy mô quốc gia, thậm chí quốc tế, với chi phí hợp lý.

Điều này giúp phân biệt hệ thống của họ với các mô hình tiên tiến hơn được triển khai tại Trung Quốc, vốn dựa trên hạ tầng riêng biệt hoặc truyền thông qua vệ tinh.

Ông James Millen, nhà khoa học lượng tử tại Đại học King London (Anh) cho biết các mạng lượng tử hiện đang được xây dựng trên toàn thế giới không chỉ nhằm phục vụ liên lạc an toàn mà còn hướng đến các ứng dụng dân sự như định vị và đo lường chính xác.

“Dùng lại hạ tầng cáp quang hiện có rõ ràng tiết kiệm hơn so với việc phóng vệ tinh chuyên dụng lên quỹ đạo”, ông nói.

Thách thức và triển vọng

Dù mang lại nhiều tiềm năng, công nghệ QKD cũng đối mặt với thách thức. Việc sử dụng hạ tầng truyền thông hiện có có thể dẫn đến rủi ro an ninh nếu các thành phần vật lý bị tấn công.

Tuy nhiên, nhờ tính chất đặc trưng của vật lý lượng tử, bất kỳ can thiệp nào cũng sẽ để lại dấu vết rõ ràng - giúp người dùng dễ dàng phát hiện và phản ứng kịp thời.

Nhiều chính phủ, doanh nghiệp và viện nghiên cứu đang tích cực đầu tư vào các hệ thống truyền thông lượng tử, nhằm chuẩn bị cho kỷ nguyên hậu mã hóa cổ điển. Thí nghiệm tại Đức là một ví dụ điển hình cho thấy sự dịch chuyển từ nghiên cứu sang ứng dụng thực tiễn đang diễn ra nhanh hơn dự đoán.

Hoàng Vũ