Ilmu-Ilmu Fisik

Realisasi Jaringan Kuantum antar Benua dibantu oleh Satelit

Tim peneliti dari Cina dan Austria berhasil bertukar gambar dan video dengan data kuantum yang terenkripsi. Sebuah awal internet kuantum antar benua akan dimulai.

Dengan perkembangan penggunaan internet dan alat-alat elektronik seperti telepon pintar, tablet dan laptop, jaringan global dengan sistem keamanan untuk perlindungan data sangat diperlukan. Saat ini sistem keamanan dengan menggunakan kriptografi (sebuah ilmu yang berurusan dengan enkripsi data) tradisional akan sangat mudah dibobol terlebih lagi dengan semakin berkembangnya komputer kuantum.

Kriptografi dbim1igital menggunakan susunan (string) dari bit-bit (1 dan 0) yang disebut sebagai kunci untuk menyandikan dan menguraikan sandi (encoding-decoding) dari informasi-informasi yang dikirim. Namun sebuah kriptografi kuantum menggunakan keadaan kuantum dari pasangan bit-bit kuantum, dikenal dengan nama qubits yang bersifat terikat secara kuantum (quantum-entangled), dijadikan sebagai kunci untuk menyandi dan menguraikan sandi dari informasi yang dikirim. Terikat secara kuantum berarti pasangan tersebut saling terhubung dan bergantungan dan kondisi ini unik untuk pasangan qubits tersebut saja. Hukum mekanika kuantum menjamin bahwa sangat tidak mungkin untuk memotong transmisi qubits dan membacanya seperti yang dilakukan hacker-hacker saat ini.

Sebuah prosesbim1 yang dinamakan quantum key distribution (QKD) menggunakan prinsip kriptografi kuantum dimana keamanannya mengikuti hukum mekanika kuantum yang dijelaskan diatas. QKD menggunakan satuan terkecil cahaya yaitu foton. Foton ini disandi dalam sebuah superposisi keadaan kuantum yang dikirim ke tempat yang jauh. Dengan menggunakan metode penyandian dan penguraian sandi yang sesuai, kedua tempat yang terpisah jauh di bumi akan berbagi kunci rahasia dan unik dalam bentuk qubits. Namun karena disipasi yang dialami oleh foton didalam saluran transmisi, QKD jarak jauh dengan transmisi menggunakan fiber optik atau ruang terbuka akan sangat terbatas hanya dalam beberapa ratus kilometer. Apalagi, sinyal kuantum tidak bisa di amplifikasi seperti pada kasus sinyal bit tradisional akibat dari sebuah teorema no-cloning (tidak dapat digandakan). Sehingga tantangan dari QKD adalah bagaimana merealisasikan komunikasi jarak jauh yang pada akhirnya dapat digunakan secara global (antar benua). Salah satu solusinya adalah dengan menggunakan satelit karena disipasi pada saluran transmisi akan berkurang drastis akibat ruang hampa udara pada orbit satelit.

Tim peneliti dari Cina dan Austria merealisaikan QKD dengan menggunakan satelit. Mereka mempublikasikan hasil ini di jurnal Physical Review Letters di bulan Januari 2018. Mereka menggunakan laser untuk melakukan QKD antara observatorium Xinglong di Cina dan sebuah satelit yang mengorbit rendah bernama Micius. Micius diluncurkan pada Agustus 2016 dan mengorbit pada ketinggian sekitar 500 km diatas bumi. Jarak total antar keduanya sebesar 1200 km. Mereka selanjutnya menggunakan Micius sebagai relay (penyampai pesan) untuk mendistribusikan kunci pengaman antara beberapa tempat yang sangat jauh. Tiga tempat yang mereka hubungkan adalah Xinglong, Nanshan di Cina dan Graz di Austria. Jarak antara Xinglong dan Nanshan adalah 2500 km dan jarak antara Nanshan dan Graz adalah 7600 km, lihat gambar dibawah ini.

Skema antara tiga stasiun Xinglong, Nanshan dan Graz serta Satelit Micius

Skema antara tiga stasiun Xinglong, Nanshan dan Graz serta Satelit Micius. Dalam tabel adalah ukuran kunci yang dihasilkan (sifted key) serta panjang dari kunci akhir (final key). Sumber: S.K. Liao et al., Satellite-Relayed Intercontinental Quantum Network, Physical Review Letters (2018)

QKD dilakukan dengan scenario downlink yaitu dari satelit ke lokasi di bumi (Xinglong, Nanshan dan Graz). Satelit dilengkapi dengan QKD transmitter yang menggunakan laser koheren yang lemah untuk mengimplementasikan sebuah protocol decoy-state Bennett-Brassard 1984 yang kebal terhadap gangguan pada foton sehingga sangat stabil. Untuk QKD yang aman, intensitas rata-rata yang harus dikirim yaitu pada level satu foton. Beberapa faktor yang berkontribusi pada disipasi foton adalah difraksi laser, turbulensi dari atmosfer dan absorpsi. Untuk meningkatkan rasio sinyal terhadap noise (signal to noise ratio) dalam QKD, atenuasi dalam saluran komunikasi dan noise harus dikurangi.

Mereka menggunakan Micius sebagai relay untuk menghasilkan kunci unik antara stasiun-stasiun di bumi ketika satelit melewati stasiun-stasiun tersebut. Antara Micius dan Xinglong akan memiliki kunci yang disebut MX dan antara Micius dan Graz memiliki kunci yang disebut MG. Selanjutnya sebagai contoh ketika informasi ingin dikirimkan dari Graz ke Xinglong, maka Graz akan mengenkripsi informasi menggunakan MG lalu Micius menggunakan MX untuk mengenkripsi MG. Ketika informasi yang telah dienkripsi ini dikirimkan oleh Micius ke Xinglong, Xinglong akan menguraikan enkripsi ini untuk kembali mendapatkan MG yang digunakan untuk menguraikan enkripsi informasi awal dari Graz. Kunci-kunci untuk enkripsi dan penguraian enkripsi ini hanya diketahui oleh satelit dan stasiun-stasiun yang terlibat komunikasi akibat dari quantum entanglement.

Untuk mendemonstrasikan proses ini, para peneliti mengirimkan dua buah gambar antara Cina dan Austria melalui satelit. Mereka berhasil mengenkripsi dan menguraikan enkripsi sehingga gambar dapat diterima oleh masing-masing stasiun di bumi. Mereka juga berhasil melakukan video conference dengan menggunakan mekanisme diatas. Realisasi ini membuka pintu baru untuk aplikasi dari teori kuantum untuk jaringan dengan tingkat keamanan yang diatur oleh hukum-hukum fisika ketimbang sistem keamanan konvensional yang menggunakan asumsi-asumsi komputasi yang masih belum bisa dibuktikan sepenuhnya ketahanannya.

Sumber: S.K. Liao et al., Satellite-Relayed Intercontinental Quantum Network, Physical Review Letters (2018).

3 replies »

  1. Excellent information, I am going to reblog this article for you. Even though this knowledge is way over my knowledge level I know that I have some readers who be quite interested in this information.

    Disukai oleh 1 orang

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s