Lys kan betraktes som en bølge som svinger på tvers av retningen lyset går i. Retningen denne bølgen svinger i kalles polarisasjonen til lyset. Denne polarisasjonen er det vi oppfatter f.eks. når vi bruker polarisasjonsbriller (Polaroid). Hvis filteret i polarisasjonsbrillen står vertikalt, vil den bare slippe igjennom lys som er vertikalt polarisert, mens horisontalt polarisert lys ikke vil slippe igjennom. Men lys som står 45 grader på filteret vil slippe igjennom med 50% sannsynlighet, og etter det har passert filteret, vil det som har sluppet gjennom være vertikalt polarisert! Det er disse to siste egenskapene til polarisert lys som blir utnyttet i det som heter kvantekryptering.
Når man skal formidle hemmeligheter over lange avstander har man et problem; hvordan skal vi få sagt det vi vil og være helt sikker på at ingen avlytter oss? Både enkeltpersoner, bedrifter og offentlige instanser - ikke minst millitæret - kan være interessert i det. Svaret er at vi må ha en nøkkel, slik at senderen "låser" meldingen sin med sin nøkkel, og mottakeren låser den opp med sin nøkkel. En slik kan nøkkel er en måte å kode meldingen på slik at den bli uleselig for alle som ikke har nøkkelen, og derfor kan selve meldingen sendes over åpne kanaler, fordi en som avlytter samtalen ikke vil kunne lese meldingen ettersom han ikke har nøkkelen. Problemet er at avsender og mottaker må bli enige om nøkkelen, og hvordan skal man gjøre det om man risikerer å bli avlyttet? Det finnes teknikker for dette i dag som er forholdsvis sikre, men kvantekryptering er en ny måte å fordele nøkler på som er ett hundre prosent sikker, fordi om noen avlytter overføringen vil de to som snakker sammen kunne oppfatte det som feil i nøkkelen.
La oss tenke oss at Anders og Birgitte skal finne en delt, hemmelig nøkkel bestående av en serie 0 og 1. Anders kan sende lyspulser (fotoner) enten horisontalt/vertikalt (H) eller diagonalt (D) polarisert, hvor man fra før er enige om hva som er 0 og hva som er 1. Han velger først tilfeldig hvilken basis han vil bruke, og deretter tilfeldig 0 eller 1 i denne basisen. På samme måte måler Birgitte de lyspakkene hun mottar i H eller D-basis. Så hvis Anders sender et foton som er polarisert i H-basisen, men Birgitte måler i D-basisen, vil det Birgitte måler være helt tilfeldig. Bare hvis de sender og mottar i samme basis, vil de være sikre på at Birgitte får det Anders sender. La oss si at Anders sender følgende ti bit:
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| V | V | V | D | V | V | D | V | D | D |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| V | D | D | D | D | V | V | V | V | D |
Vi ser at Anders og Birgitte bruker samme basis for bit nummer 1, 4, 6, 8 og 10, og Birgitte får da samme resultat som Anders sender, men i de andre bitene er det helt tilfeldig hva Birgitte måler. Nå kan Birgitte ringe Anders, altså på en usikret linje og fortelle ham hvilke basiser hun brukte, og Anders vil fortelle henne om dette var riktig basis. Dermed vil Birgitte sitte igjen med de riktige bitene 10100 - noe som blir den felles nøkkelen som begge nå kjenner. For en uteforstående som avlytter telefonen vil samtalen ikke gi noe informasjon om hva nøkkelen er. Men hvorfor er dette helt sikkert?
Jo, tenk deg at onde Erling sitter mellom Anders og Birgitte og prøver å oppfatte det Anders sender. Når onde Erling har målt en bit, vil han, dersom han har målt i feil basis ikke vite hva han skal sende videre til Birgitte (og han kan heller ikke vite hva som er riktig basis!). Så hvis Anders og Birgitte plukker ut en andel av de bitene der de har målt i samme basis, og sjekker at de har samme verdi, vil de raskt oppdage om det er noen i midten som ødelegger overføringen.
Vi har såvidt begynt å kunne bruke kvantekryptering, og det er noen få firma som selger slikt. Men det er ikke vanskelig å spå at det kommer til å bli mye vanligere i framtiden. En dag sitter du kanskje og logger deg inn på nettbanken med hjelp av kvantekryptering?
Mer om kvantekryptografi:
Stein Olav Skrøvseth Stipendiat, Institutt for fysikk, NTNU.