Baanbrekend onderzoek: gegevens 100% veilig verzenden dankzij kwantumfysica

Er wordt verwacht dat kwantumcomputers binnenkort in staat zijn om de huidige (wiskundige) encryptiemethoden te breken. Gezien de enorme rol van IT in de samenleving en de toenemende aanvallen, is er een nieuw paradigma voor IT-beveiliging nodig.

De wetenschappelijke gemeenschap werkt actief aan praktische oplossingen. Ironisch genoeg komt een mogelijke oplossing, net als de dreiging, uit ... de kwantumfysica. 

Nieuwe vorm van cryptografie

Quantum Key Distribution (QKD) is een nieuwe vorm van cryptografie, waarbij de principes van de kwantummechanica gebruikt worden om datacommunicatie te beveiligen. De oplossing vertrouwt op het ‘no-cloning’-theorema, dat stelt dat het niet mogelijk is om een kwantumtoestand te kopiëren zonder dat je die oorspronkelijke toestand verstoort.  

BeQCI, het consortium dat de allereerste open kwantumcommunicatie-infrastructuur in België uitrolt, heeft een belangrijke mijlpaal bereikt in zijn Quantum Key Distribution-missie (QKD). Belnet, het Belgisch nationaal onderzoeksnetwerk en een van de partners, heeft met succes de vereiste infrastructuur opgezet en samen met onderzoekers van imec en UGent de eerste QKD-verbindingen gerealiseerd.

Dit is een grote stap in het prestigieuze 30 maanden durende kwantumcryptografieproject, opgezet om te bereiken wat tot nu toe onmogelijk was: een manier om gegevens 100 procent veilig te verzenden met behulp van principes uit de kwantumfysica.

Veilige verbindingen op een kwantuminternet

Dat motiveerde de EU om EuroQCI te lanceren, een grootschalig technologisch en wetenschappelijk project om een  Europees kwantumcommunicatienetwerk te ontwikkelen, waarvan BeQCI de Belgische tak vormt.

Op korte termijn zal dit netwerk QKD-toepassingen en andere cryptografische oplossingen bouwen die niet omzeild kunnen worden door een kwantumcomputer. Op de langere termijn kan zo'n netwerk dienen als ruggengraat voor een kwantuminternet, dat veilige langeafstandsverbindingen biedt tussen kwantumapparaten zoals kwantumcomputers en kwantumsensoren. 

Eerste verbindingen voor de UGent en het Europees Ruimteagentschap

De eerste QKD-verbinding, die twee campussen van de Universiteit Gent verbindt, zal voornamelijk voor onderzoeksdoeleinden worden gebruikt. Een tweede verbinding verbindt Redu en Transinne en zal worden gebruikt door het Europees Ruimteagentschap (ESA) samen met het Centre d'Excellence en Technologies de l'Information et de la Communication (CETIC) om de overdracht van IoT-gegevens te beveiligen. Tot slot zal een derde verbinding, die twee datacenters van Belnet verbindt, worden gebruikt voor interne beveiligde gegevensoverdracht.  

De gerealiseerde infrastructuur biedt de mogelijkheid om al in een vroeg stadium praktijkervaring op te doen met QKD-technologie voor ultraveilige gegevensoverdracht tussen bijvoorbeeld overheidsinstellingen, banken of ziekenhuizen. - Karel Dumon

Karel Dumon, onderzoeker bij imec en projectmanager van BeQCI: 'We zijn erg enthousiast om deze nieuwe fase te starten, waardoor dit project een stuk concreter wordt. Onze infrastructuur staat nu open voor nieuwe eindgebruikers om zelf de praktische bruikbaarheid van de verschillende QKD-systemen en protocollen voor QKD te evalueren.'  

Jo Segaert, network engineer bij Belnet en lead deployment van BeQCI: 'Als nationaal onderzoeks- en onderwijsnetwerk heeft Belnet een brede expertise opgebouwd in innovatieve netwerktechnologieën. We bevinden ons daarom in een ideale positie om dit kwantumcommunicatienetwerk uit te rollen met de steun van onze vele academische partners. We kijken ernaar uit om onze kennis te delen met eindgebruikers en hen te ondersteunen bij het gebruik van de QKD-infrastructuur.' 

Over het onderzoeksproject

Binnen het EU HORIZON-programma ondersteunt de Europese Commissie lidstaten bij het ontwikkelen van onderzoek en infrastructuur voor kwantumveilige communicatie via het EuroQCI-programma. Het programma is gericht op het opbouwen van een Europees ecosysteem om de industrie en het onderzoek op vlak van kwantumcommunicatie te ondersteunen. In België krijgt het programma vorm in het BeQCI-project, een nationaal consortium dat academische instellingen, privébedrijven en overheidsorganisaties samenbrengt. 

Het project, dat in januari 2023 van start ging, heeft als doel een testbed voor kwantumveilige communicatie op te zetten in België, zodat privé- en overheidsinstellingen zich vertrouwd kunnen maken met de toekomst van digitale communicatie. Het project sponsort ook geselecteerde onderzoekslijnen in academische instellingen. Zo kan men de sterke punten van het Belgische onderzoekslandschap benutten​ om de uitdagingen van de huidige QKD-technologie, zoals buitensporige kosten of gebrek aan schaalbaarheid, te overwinnen.  

Het doel van BeQCI is het introduceren, evalueren en ontwikkelen van kwantumcommunicatie-infrastructuur (QCI) in België. Het BeQCI-consortium verenigt theoretische, experimentele en technische expertise op het gebied van kwantumtechnologie en brengt verschillende universitaire onderzoeksgroepen, onderzoekscentra, overheidsinstellingen en privébedrijven samen. BeQCI maakt deel uit van het Europese EuroQCI-initiatief en wordt medegefinancierd door de EU via het programma Digitaal Europa en de POD Wetenschapsbeleid (Belspo) via het federaal herstart- en transitieplan.