Kvantu droša pārraide – tehnoloģija nākotnes datu aizsardzībai 4
Autors: Jurģis Poriņš, VAS Elektroniskie Sakari (VAS ES) valdes loceklis, RTU profesors
Kvantu sakaru tehnoloģijas nav tāla nākotne vai zinātniskā fantastika. Tās jau ir reāli strādājošas tehnoloģijas ar vairākiem īstenotiem projektiem visā pasaulē, arī Latvijā. Šai kontekstā svarīgi ir sakaru sistēmas sagatavot tā sauktajai Q-dienai jeb brīdim, kad kvantu datori iegūs plašu pielietojumu ikdienā.
Svarīgs elements šajā pielāgošanās procesā ir kvantu droša pārraide. Tā būtiski atšķiras no tradicionālajām drošības metodēm, jo izmanto kvantu fizikas principus.
Kas ir kvantu droša pārraide un kā tā atšķiras no tradicionālajām drošības metodēm?
Kvantu droša pārraide atšķiras no tradicionālajām šifrēšanas metodēm, jo tās pamatā ir kvantu fizikas likumi. Piemēram, kvantu šifrēšana izmanto īpašas atslēgas, kas tiek ģenerētas ar kvantu gadījuma skaitļiem. Šie skaitļi ir nejauši, neparedzami un tos zina tikai divi komunikācijas dalībnieki. Kvantu šifrēšanas iekārtu (QKD – Quantum key distribution) uzdevums ir teorētiski pilnīgi droša sakaru kanāla nodrošināšana starp diviem lietotājiem. Populārākais kvantu drošas komunikācijas piemērs ir “Alise” un “Bobs” – divi klasiskie dalībnieki kvantu sakaru scenārijā. Šos vārdus bieži lieto kriptogrāfijas teorijās, lai vienkāršotā un simboliskā veidā apzīmētu divus saziņas partnerus, tāpat kā punkts A un punkts B, kas simbolizē divas vietas, starp kurām notiek saziņa vai datu pārraide. Tātad “Alise” un “Bobs” sazinās, izmantojot vienreiz lietojamu šifrēšanas atslēgu, kas padara jebkuru trešās puses iejaukšanos bezmērķīgu. Ja kāds mēģinātu pārtvert šo atslēgu, viņu iejaukšanās būtu pamanāma, jo šis princips nepieļauj pārtvert datus, neizraisot mērāmus traucējumus. Tāpēc šī tehnoloģija ir būtiska, lai nodrošinātu, ka nākotnes datu pārraides kanāli ir droši pat pret kvantu datoru uzbrukumiem.
Kāpēc kvantu droša pārraide ir aktuāla?
Kvantu tehnoloģiju ieviešana komunikācijā ir kļuvusi par būtisku jautājumu mūsdienu datu drošības jomā. Lai saprastu, kamdēļ tā, vispirms jāapskata, kāpēc datu drošības paaugstināšana ir tik svarīga. Mūsdienās arvien lielāku datu apjomu mēs uzticam trešajām personām – tas ietver gan datu pārsūtīšanu, gan to uzglabāšanu dažādās ierīcēs un sistēmās. Šie dati var būt ļoti sensitīvi, piemēram, finanšu vai medicīniskā informācija. Attīstoties tehnoloģijām, īpaši kvantu datoriem, tradicionālās šifrēšanas metodes var kļūt neefektīvas un nedrošas. Kvantu datoru spēja efektīvi atšifrēt sarežģītas šifrēšanas sistēmas rada būtiskus draudus, jo pat vismodernākie šodien izmantotie šifrēšanas algoritmi, kas aizsargā mūsu komunikācijas, nākotnē var tikt ātri pārrauti. Šeit ienāk kvantu droša pārraide – tehnoloģija, kas sola nākotnē aizsargāt mūsu datu plūsmas no kvantu datoru izraisītajiem draudiem.
Kas būs galvenie ieguvēji no kvantu drošības risinājumiem Latvijā?
Galvenie ieguvēji no kvantu drošības risinājumiem būs plaša sabiedrības daļa, sākot no iedzīvotājiem līdz valsts sektoram un privātajām iestādēm. Iedzīvotāju privātie dati, piemēram, veselības analīžu rezultāti un finanšu informācija, tiks pārraidīti caur drošiem sakaru kanāliem, kas būs aizsargāti pat pret nākotnes kvantu datoru uzbrukumiem. Veselības aprūpes sistēma gūs lielu labumu, jo pacienta dati būs pilnībā droši, un finanšu sektorā kvantu šifrēšana nodrošinās drošību naudas pārskaitījumiem un darījumiem. Valsts sektors varēs garantēt drošu informācijas apmaiņu un aizsardzību pret kiberdraudiem, stiprinot vispārējo drošību.
Tātad galvenie ieguvēji no kvantu drošības risinājumiem būs medicīnas, finanšu, valsts un drošības iestādes, kuru dati ir īpaši jutīgi. Kvantu tehnoloģiju pielietojums sniegs ne tikai lielāku datu drošību, bet arī iespējas citās jomās, piemēram, 5G tīklu privātuma uzlabošanā un kvantu sensoru izstrādē.
Kāda ir Latvijas loma kvantu komunikāciju attīstībā?
Latvija aktīvi iesaistās Eiropas kvantu komunikāciju tīkla attīstībā un viena no iniciatīvām ir Latvijas kvantu tīkla izveide jeb LATQN projekts, kuru īsteno VAS “Latvijas Valsts radio un televīzijas centrs” sadarbībā ar SIA “TET”, VAS “Elektroniskie sakari” (VAS ES) un Latvijas Universitātes Matemātikas un informātikas institūtu (LUMII) Eiropas Savienības projekta “Eksperimentāla kvantu komunikācijas infrastruktūras izveide Latvijā” (LATQN, ID 101091559) ietvaros. VAS ES darbība projektā tiek līdzfinansēta arī Viedās administrācijas un reģionālās attīstības ministrijas Sadarbības līguma Nr. IKT/57/2023 ietvaros.
Viens no mūsu uzdevumiem ir izveidot eksperimentālu vidi, kurā varētu testēt kvantu drošības tehnoloģijas un to integrāciju. VAS ES projekta laikā īstenos datu pārraidi un simulācijas starp dažādām bezvadu tehnoloģijām, piemēram, 5G, Wi-Fi un radioiekārtām ar kvantu tehnoloģiju funkcionalitāti. Īpaša uzmanība tiks pievērsta bezvadu tehnoloģiju un optiskā QKD tīkla saskarnēm.
Plānots novērtēt, kā ārējie faktori ietekmē signālu tehniskos parametrus, ļaujot identificēt traucējumiem visvairāk pakļautās frekvenču joslas un tehnoloģijas. Paredzams, ka kvantu tehnoloģiju integrēšana bezvadu tīklos palielinās datu pārraides drošību, tādējādi uzlabojot pakalpojumu nepārtrauktību un nodrošinot drošu piekļuvi publiskajiem tīkliem.
Jāpiemin, ka Latvija ir unikāla kvantu tehnoloģiju jomā ar savām kompetencēm un iestrādnēm. Mūsu valstij kvantu tehnoloģiju ziņā ir milzīgs potenciāls un mēs esam krietni priekšā ne vien Lietuvai un Igaunijai, bet daudzām pasaules valstīm. To apliecina Latvijas kvantu iniciatīvas apkopotie dati par to, ka Latvija šobrīd ierindojas pirmajā vietā Eiropas valstu vidū pēc QuantERA projektu koordinatoru skaita uz IKP. (skatīt attēlu).
Kādi nacionālie projekti un iniciatīvas kvantu tehnoloģiju attīstībā ir Latvijā?
Kvantu drošības risinājumi Latvijā, kā arī to ieguvumi iedzīvotājiem un nozaru speciālistiem tiek stiprināti ar dažādiem nacionāliem projektiem un iniciatīvām, kas palīdz veidot nepieciešamo infrastruktūru un attīstīt tehnoloģijas. Viens no šādiem nozīmīgiem projektiem ir LATQN, kura mērķis ir praktiski pārbaudīt, kā kvantu komunikācija var tikt integrēta esošajos sakaru tīklos, kā arī izstrādāt metodiku šīs tehnoloģijas pielāgošanai. Šī projekta rezultāti būtiski ietekmēs Latvijas spēju izmantot kvantu drošību, nodrošinot drošus sakarus nākotnē.
Līdztekus tehnoloģiju attīstībai ļoti svarīgi ir attīstīt arī cilvēkkapitālu kvantu jomā, Latvijā ir veiktas investīcijas no ES Atveseļošanās fonda un valsts budžeta tieši kvantu tehnoloģiju prasmju attīstībā. Ir pieejami studiju moduļi – kvantu skaitļošana un kvantu sakaru tehnoloģijas. Piedāvātajiem kursiem var pieteikties gan studējošie, gan klausītāji. Studiju moduļus nodrošina Latvijas Universitāte un Rīgas Tehniskā universitāte, kuras sadarbojas Latvijas kvantu iniciatīvas ietvaros.
Latvijas zinātniskos, akadēmiskos un nozares pārstāvju spēkus sadarbībai kvantu tehnoloģiju jomā apvieno Latvijas Kvantu memorands. Tā galvenie mērķi ir veicināt kvantu tehnoloģiju attīstību un starptautisko konkurētspēju, kā arī izveidot testēšanas vidi inovatīviem risinājumiem. Kvantu memorands ne tikai stiprina sadarbību starp zinātniekiem, industriju un valsts pārvaldi, bet arī nodrošina platformu jauno tehnoloģiju ieviešanai, kas Latvijai dos priekšrocības globālajā kvantu tehnoloģiju attīstības sacensībā.
Latvija aktīvi piedalās starptautiskajā sadarbībā un kopā ar vēl 26 ES dalībvalstīm ir parakstījusi Eiropas deklarāciju par kvantu tehnoloģijām. Deklarācijas ietvaros dalībvalstis apņemas sadarboties pasaules līmeņa kvantu tehnoloģiju ekosistēmas izveidē Eiropā, uzsverot kvantu tehnoloģiju stratēģisko nozīmi ES zinātniskajā un rūpnieciskajā konkurētspējā.
Latvijā pētniecības un inovāciju ekosistēmu atspoguļo Izglītības un zinātnes ministrijas veidotā zinātnes komunikācijas platforma “researchLatvia”. Līdz ar mūsu kvantu lēcienu izcilībā tiek veicināta Latvijas zinātnes tēla atpazīstamība, vienlaikus stiprinot Latvijas pētnieku un zinātnisko institūciju prestižu un veidojot sabiedrības atbalstu zinātnei, kā arī sekmējot vietējo un ārvalstīs dzīvojošo latviešu izcelsmes zinātnieku sadarbību.
Kāda būs kvantu tehnoloģiju attīstība tuvākajos 10 gados Latvijā?
Būtiski ir uzsvērt sadarbību ar citām Eiropas valstīm, daudzpiekļuves risinājumu izstrādi (kā nodrošināt vairākus lietotājus vienā tīklā ar vienādu drošības līmeni), kā arī iespēju nodrošināt sakarus lielākos attālumos. Tāpat ir svarīgi integrēt kvantu tehnoloģijas esošajos sakaru tīklos un turpināt uzlabot kvantu datorus un algoritmus. Turklāt gaidāms, ka pieaugs lietotāju skaits, īpaši no finanšu un medicīnas nozarēm. Kvantu droša pārraide ir atslēga nākotnes datu aizsardzībai pasaulē, kurā kvantu datori kļūst par realitāti. Latvijas loma šajā attīstībā ir nozīmīga, un mūsu zinātnieku un pētnieku darbs var nodrošināt, ka valsts ir priekšplānā kvantu komunikāciju un tehnoloģiju ieviešanā. Kvantu tehnoloģijas spēj nodrošināt ne tikai drošu datu pārraidi, bet arī plašākus pielietojumus, kas nākotnē ietekmēs daudzas nozares un mūsu ikdienas dzīvi.
Ja ir vēlme uzzināt ko vairāk, iesaku apmeklēt forumu 5G Techritory, kur koprades pasākumi divu dienu garumā būs veltīti kvantu tehnoloģijām, ietverot jēgpilnas diskusijas, prezentācijas un paneļdiskusijas gan par LATQN projektu, gan par gaidāmo QIP 2026 (Quantum Information Processing) konferenci, kas notiks Latvijā, un citiem aktuāliem jautājumiem.
