ભારતની પ્રથમ 5.56 કિમીની \'ફ્રી-સ્પેસ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન લિંક\'

સમાચારમાં શા માટે?

• ભારતે તેની પ્રથમ 5.56 કિમી ફ્રી-સ્પેસ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (QKD) લિંકનું સફળતાપૂર્વક પ્રદર્શન કર્યું છે. ફિલ્ડ ટ્રાયલે BISAG-N (ભાસ્કરાચાર્ય નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફોર સ્પેસ એપ્લિકેશન્સ એન્ડ જીઓ-ઇન્ફોર્મેટિક્સ) અને IIT ગાંધીનગર વચ્ચે એક સુરક્ષિત ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન ચેનલ સ્થાપિત કરી. આ પ્રદર્શન ભારતીય ડીપ-ટેક સ્ટાર્ટઅપ QNu લેબ્સના સહયોગથી કરવામાં આવ્યું હતું.

ફ્રી-સ્પેસ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (QKD) શું છે?

• ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (QKD): “તે એક સુરક્ષિત સંચાર પદ્ધતિ છે જે બે દૂરના પક્ષો વચ્ચે ક્રિપ્ટોગ્રાફિક કીનું વિનિમય કરવા માટે ફોટોનના ક્વોન્ટમ ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરે છે.”
• તે ક્વોન્ટમ સ્ટેટ્સ દ્વારા વાસ્તવિક સંદેશ ટ્રાન્સમિટ કરતું નથી. તેના બદલે, QKD સુરક્ષિત રીતે એક એન્ક્રિપ્શન કી સ્થાપિત કરે છે, જેનો ઉપયોગ પછી પરંપરાગત સિસ્ટમો દ્વારા વાસ્તવિક ડેટાને એન્ક્રિપ્ટ અને ડિક્રિપ્ટ કરવા માટે થાય છે.
• ફ્રી-સ્પેસ QKD એ ક્વોન્ટમ-સુરક્ષિત સંચાર તકનીક છે જે ખુલ્લી હવામાં લેસર બીમ દ્વારા એન્ક્રિપ્શન કી ટ્રાન્સમિટ કરે છે, ભૌતિક ફાઇબર-ઓપ્ટિક કેબલની જરૂરિયાતને દૂર કરે છે.
• QKD હાઇઝનબર્ગના અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત અને નો-ક્લોનિંગ પ્રમેય પર આધાર રાખે છે. 
• હાઇઝનબર્ગનો અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત: ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ અનુસાર, ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ માપવાથી તેને સ્વાભાવિક રીતે બદલી નાખવામાં આવે છે. જો કોઈ ઇવ્સડ્રોપર ફોટોનને અટકાવવાનો પ્રયાસ કરે છે, તો ક્વોન્ટમ સ્થિતિ તૂટી જાય છે, જે તરત જ વાતચીત કરનારા પક્ષોને ભંગની ચેતવણી આપે છે. 
• નો-ક્લોનિંગ પ્રમેય: તે જણાવે છે કે અજાણ્યા ક્વોન્ટમ સ્થિતિની સંપૂર્ણ, સમાન નકલ બનાવવી શારીરિક રીતે અશક્ય છે, જે હેકર્સને ગુપ્ત રીતે ટ્રાન્સમિટેડ કીની નકલ કરવાથી અટકાવે છે. 
• ઇવ્સડ્રોપર શોધ: QKD વાસ્તવિક સંદેશ ટ્રાન્સમિટ કરતું નથી. તેના બદલે, તે ડેટાને એન્ક્રિપ્ટ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી એક સુરક્ષિત ક્રિપ્ટોગ્રાફિક કી જનરેટ કરે છે. 
• ક્વોન્ટમ સ્થિતિઓને અટકાવવા અથવા માપવાનો કોઈપણ પ્રયાસ તેમને ખલેલ પહોંચાડે છે અને શોધી શકાય તેવી ભૂલો રજૂ કરે છે, જેનાથી વપરાશકર્તાઓ ઇવ્સડ્રોપિંગ શોધી શકે છે અને ચેડા થયેલી કીને કાઢી શકે છે. 
• ફાઇબર-આધારિત QKD થી વિપરીત, ફ્રી-સ્પેસ QKD ને ટ્રાન્સમીટર અને રીસીવર વચ્ચે સીધી લાઇન-ઓફ-સાઇટની જરૂર પડે છે. ચોક્કસ ગોઠવણી જરૂરી છે, જ્યારે વાતાવરણીય તોફાન અને આસપાસના પ્રકાશ પ્રદૂષણ ઓપ્ટિકલ સિગ્નલને વિકૃત અથવા નબળા બનાવી શકે છે.

ભારતની સફળતા 

• તાજેતરનું 5.56 કિમીનું પરીક્ષણ એ અગાઉના ટૂંકા-અંતરના પરીક્ષણો (જેમ કે 2021 માં 300 મીટર પરીક્ષણ) થી એક મોટી છલાંગ છે. મુખ્ય હાઇલાઇટ્સમાં શામેલ છે: 
• ક્વોન્ટમ બિટ એરર રેટ (QBER): ખોટી રીતે પ્રાપ્ત થયેલા ક્વોન્ટમ બિટ્સના પ્રમાણને માપે છે. નીચું QBER એટલે વધુ વિશ્વસનીય અને સુરક્ષિત ક્વોન્ટમ ચેનલ. 5.56 કિમી ટ્રાયલમાં, QBER 5% થી નીચે રહ્યું. 
• ટ્રાયલમાં QNu લેબ્સની ચોક્કસ પોઇન્ટિંગ, એક્વિઝિશન અને ટ્રેકિંગ (PAT) સિસ્ટમનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો જેથી સમગ્ર અંતર પર ખુલ્લી હવામાં લેસર બીમને સંપૂર્ણ રીતે ગોઠવી શકાય. 
• બે-સ્તરીય સુરક્ષા આર્કિટેક્ચર: પ્રદર્શનમાં QNu લેબ્સના હાર્ડવેર (આર્મોસ) ને BISAG-N ના સોફ્ટવેર (વેદિક કવચ) સાથે જોડવામાં આવ્યું. 
• આનાથી એક હાઇબ્રિડ સેટઅપ બન્યું જ્યાં QKD ને પોસ્ટ-ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફી (PQC) (ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ સામે સુરક્ષિત રહેવા માટે રચાયેલ એન્ક્રિપ્શન અલ્ગોરિધમ્સ) સાથે સ્તર આપવામાં આવ્યું હતું. 
• જો હવામાનને કારણે ભૌતિક વાતાવરણીય જોડાણ અસ્થાયી રૂપે ઘટી જાય છે, તો ગાણિતિક PQC સોફ્ટવેર ડેટાને સુરક્ષિત રાખવાનું ચાલુ રાખે છે. 

ભારત માટે મહત્વ: 

• મુક્ત-અવકાશ પાર્થિવ QKD એ ઉપગ્રહ-આધારિત ક્વોન્ટમ સંચાર તરફ એક મુખ્ય પગલું છે, કારણ કે બંને લાઇન-ઓફ-સાઇટ ઓપ્ટિકલ ટર્મિનલ્સ વચ્ચે વાતાવરણ દ્વારા ક્વોન્ટમ સિગ્નલો પ્રસારિત કરવા પર આધાર રાખે છે. 
• રાષ્ટ્રીય સુરક્ષા: જેમ જેમ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ ક્લાસિકલ એન્ક્રિપ્શન અલ્ગોરિધમ્સને તોડવા માટે પૂરતા અદ્યતન બને છે, તેમ તેમ આ ટેકનોલોજી ભવિષ્યના સાયબર જોખમો સામે સંરક્ષણ, વ્યૂહાત્મક માળખાગત સુવિધાઓ અને નાણાકીય નેટવર્ક્સ માટે \'ક્વોન્ટમ-સેફ\' કવચ પ્રદાન કરે છે. 
• રાષ્ટ્રીય ક્વોન્ટમ મિશન લક્ષ્ય: ભારતનું રાષ્ટ્રીય ક્વોન્ટમ મિશન (NQM) ઓપ્ટિકલ ફાઇબરનો ઉપયોગ કરીને 2,000 કિમી ઇન્ટર-સિટી QKD નેટવર્ક સાથે, 2,000 કિમી સુધી અલગ પડેલા ગ્રાઉન્ડ સ્ટેશનો વચ્ચે સેટેલાઇટ-આધારિત સુરક્ષિત ક્વોન્ટમ સંચાર વિકસાવવાનો હેતુ ધરાવે છે.