Nhật Bản xây mạng lưới mã hóa lượng tử, có chiều dài 600km
Theo Nikkei, Nhật Bản đang chuẩn bị xây dựng và thử nghiệm một mạng lưới truyền thông, được bảo mật bằng mã hóa lượng tử kết nối Tokyo với một số thành phố lớn.
Dự án này không chỉ là một bước tiến công nghệ mà còn phản ánh một cuộc chạy đua cấp bách với thời gian, khi thế giới đang tiến gần đến thời điểm máy tính lượng tử trở thành hiện thực và đe dọa làm lung lay nền tảng an ninh mạng hiện tại.
Mạng lưới không thể xâm phạm
Mạng lưới cáp quang dài 600km sẽ liên kết Tokyo, Nagoya, Osaka và Kobe. Công việc dự kiến hoàn thành vào tháng 3.2027. Các thử nghiệm thực địa sẽ bắt đầu ngay trong năm tài chính đó, với mục tiêu thiết lập công nghệ này vào khoảng năm 2030.
Dữ liệu được truyền qua mạng lưới mã hóa lượng tử được coi là về mặt lý thuyết không thể phá vỡ. Đây không phải là tuyên bố cường điệu mà là kết quả trực tiếp từ các quy luật vật lý lượng tử. Các khóa mã hóa được truyền dưới dạng photon ở các trạng thái lượng tử cụ thể. Nếu một bên thứ ba không được phép cố gắng đọc các khóa này, trạng thái của photon sẽ thay đổi, lộ rõ sự hiện diện của hành vi nghe lén.
Nguyên lý này dựa trên một trong những đặc tính kỳ lạ nhất của cơ học lượng tử: việc quan sát một hệ thống lượng tử sẽ thay đổi trạng thái của nó. Trong ngữ cảnh mã hóa, điều này có nghĩa là bất kỳ nỗ lực nào nhằm chặn và đọc thông tin đều sẽ để lại dấu vết có thể phát hiện được. Đây là một lợi thế an ninh vượt trội mà không một hệ thống mã hóa truyền thống nào có thể sánh được.
Chạy đua với máy tính lượng tử
Kế hoạch đưa viễn thông mã hóa lượng tử vào thực tế được chứa đựng trong gói kinh tế toàn diện được nội các phê duyệt vào thứ 6 tuần trước. Sự cấp bách trong kế hoạch này không phải là ngẫu nhiên. Chính phủ đang vội vã phát triển mã hóa lượng tử trước năm 2030, năm mà máy tính lượng tử dự kiến sẽ bước vào dòng chính.
Đây là một cuộc đua với thời gian có ý nghĩa sống còn đối với an ninh quốc gia. Mã hóa thông thường sẽ trở nên dễ bị phá vỡ hơn bằng tốc độ xử lý siêu nhanh của máy tính lượng tử. Những hệ thống mã hóa mà chúng ta tin tưởng ngày nay, từ giao dịch ngân hàng trực tuyến đến thông tin liên lạc chính phủ, có thể trở nên dễ bị tổn thương trong tích tắc khi máy tính lượng tử trở nên phổ biến.
Các thuật toán mã hóa hiện tại dựa trên các bài toán toán học rất khó giải với máy tính thông thường, nhưng máy tính lượng tử có thể giải quyết chúng trong thời gian ngắn đến đáng sợ. Điều này có nghĩa là tất cả dữ liệu được mã hóa ngày nay có thể trở nên dễ đọc trong tương lai gần, một triển vọng đáng lo ngại đối với thông tin nhạy cảm cần được bảo vệ trong nhiều thập kỷ.
Cơ sở hạ tầng và đối tác
Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông Quốc gia sẽ vận hành mạng lưới. Các tập đoàn công nghệ Toshiba và NEC sẽ hợp tác, cùng với các công ty viễn thông. Sự tham gia của những tên tuổi lớn này cho thấy tầm quan trọng mà Nhật Bản đặt cho dự án.
Để mở rộng khoảng cách tối đa khoảng 150km cho công nghệ, thiết bị sẽ được gắn vào đường dây cáp quang theo từng khoảng. Đây là một thách thức kỹ thuật đáng kể. Tín hiệu lượng tử cực kỳ mỏng manh và dễ bị suy giảm khi truyền qua khoảng cách xa. Các thiết bị trung chuyển này, có thể là các bộ lặp lượng tử hoặc nút đáng tin cậy, sẽ giúp duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu trên toàn bộ mạng lưới 600 km.
Chính phủ sẽ khám phá các mô hình kinh doanh, chẳng hạn như ai sẽ dẫn đầu trong việc giám sát mạng lưới. Câu hỏi về quản trị và vận hành dài hạn là quan trọng không kém gì công nghệ cơ bản. Liệu đây sẽ là hạ tầng công cộng do chính phủ quản lý, hay mô hình công-tư hợp tác, hay cuối cùng được tư nhân hóa hoàn toàn?
Ứng dụng trong thế giới thực
Mạng lưới sẽ được sử dụng trong các lĩnh vực yêu cầu mức độ bảo mật dữ liệu cao. Các ví dụ bao gồm dữ liệu tài chính bí mật, thông tin trao đổi bởi các phái bộ ngoại giao và dữ liệu gen được nắm giữ trong lĩnh vực y tế. Đây không phải là những ứng dụng xa vời mà là các nhu cầu thực tế và cấp thiết.
Hãy tưởng tượng một ngân hàng trung ương cần truyền quyết định chính sách tiền tệ nhạy cảm giữa các chi nhánh. Hay một bệnh viện cần chia sẻ dữ liệu bệnh nhân có chứa thông tin di truyền với một cơ sở nghiên cứu. Hay các cuộc trao đổi ngoại giao về các vấn đề an ninh quốc gia nhạy cảm. Trong tất cả những trường hợp này, mã hóa lượng tử cung cấp một lớp bảo vệ mà không công nghệ nào khác có thể sánh được.
Từ góc độ an ninh quốc gia, việc phát triển công nghệ mã hóa lượng tử nội địa đã trở thành điều bắt buộc. Nhưng Nhật Bản vẫn thiếu kinh nghiệm vận hành với truyền thông tầm xa. Mạng lưới trong khu vực Tokyo được sử dụng cho mục đích nghiên cứu chỉ giới hạn ở vài chục km.
Các quốc gia khác đã dẫn đầu trong truyền thông lượng tử tầm xa. Trung Quốc có một mạng lưới dài hơn 10.000km kết nối khoảng 80 thành phố, bao gồm Bắc Kinh và Thượng Hải. Con số này đặc biệt ấn tượng và cho thấy mức độ đầu tư và cam kết của Trung Quốc với công nghệ này.
Liên minh Châu Âu đã bắt đầu phát triển cơ sở hạ tầng trên khắp lãnh thổ của mình, trong khi Hàn Quốc đã tiến hành một thí nghiệm trình diễn vào năm 2022 kết nối Seoul và Busan, khoảng cách khoảng 500km. Nhật Bản, mặc dù là một trong những quốc gia tiên phong trong nghiên cứu lượng tử, đang thực sự bị bỏ lại phía sau về mặt triển khai thực tế.
Tầm quan trọng của khoảng cách
Giáo sư Shigeki Takeuchi của Đại học Kyoto, một chuyên gia về thông tin lượng tử, nhận định: "Nhu cầu lớn nhất là truyền thông giữa các điểm xa. Một môi trường trình diễn tầm xa là vô cùng quan trọng".
Nhận xét này chạm đến trọng tâm của vấn đề. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc qua khoảng cách ngắn chỉ chứng minh tính khả thi về mặt lý thuyết. Nhưng để đưa công nghệ vào ứng dụng thực tế, bạn cần chứng minh nó có thể hoạt động trên khoảng cách thực tế giữa các thành phố lớn, với tất cả những thách thức về môi trường và hạ tầng mà điều đó đòi hỏi.
Với các nhà nghiên cứu về mật mã lượng tử tập trung ở khu vực Tokyo do mạng lưới hiện có của nó, Takeuchi cho biết việc mở rộng mạng lưới "cũng sẽ được mong muốn về mặt phát triển nguồn nhân lực." Đây là một quan sát quan trọng. Bằng cách xây dựng mạng lưới trải dài nhiều thành phố, Nhật Bản không chỉ tạo ra cơ sở hạ tầng mà còn tạo ra một hệ sinh thái nghiên cứu và phát triển rộng lớn hơn.
Ý nghĩa chiến lược
Dự án mạng lưới mã hóa lượng tử 600km của Nhật Bản là một phần trong xu hướng toàn cầu đang diễn ra, khi các quốc gia nhận ra rằng kiến trúc an ninh mạng của tương lai phải được xây dựng ngay từ hôm nay. Với mục tiêu hoàn thành vào năm 2027 và thiết lập công nghệ vào khoảng năm 2030, Nhật Bản đang đặt cược vào một tương lai nơi an ninh thông tin không còn dựa vào độ phức tạp toán học mà dựa vào các quy luật cơ bản của vật lý lượng tử.
Thành công của dự án này không chỉ quan trọng đối với Nhật Bản mà còn có thể định hình cách các quốc gia khác tiếp cận vấn đề an ninh mạng trong kỷ nguyên máy tính lượng tử. Đây là một cuộc đua mà không ai có thể đứng ngoài, và Nhật Bản đang cố gắng thu hẹp khoảng cách với những người dẫn đầu.