IEEEが提言を発表　 量子ネットワークの解説：超安全通信の未来

IEEE(アイ・トリプルイー)は世界各国の技術専門家が会員として参加しており、さまざまな提言やイベントなどを通じ科学技術の進化へ貢献しています。

欧州の研究者らが市販部品を用いて250キロメートル超の量子信号伝送に成功しました。このプロジェクトは、量子コンピュータが現行の暗号化アルゴリズムを突破する時代を各国政府が準備する中、量子通信および量子鍵配送の実現可能性を浮き彫りにしています。

2025年初頭、欧州の研究者らは250キロメートル超の量子信号伝送を実現しました。この偉業は、量子システムが通常極低温冷却を必要とするにもかかわらず、市販部品と商用通信ネットワークを使用した点など、いくつかの理由から注目に値します。

さらに、量子鍵配送技術の開発における重要なマイルストーンでもあり、盗聴者を検知でき、ハッキングに対して極めて耐性のある超安全な量子ネットワークの実現に向けた道筋を示しています。

■量子通信とは？

量子通信は、量子物理学の量子粒子は古典物理学の法則に反するように振る舞うという奇妙な性質を利用し、従来のネットワークとは根本的に異なる方法で情報を伝送します。

IEEEシニアメンバーのShaila Rana(シャイラ・ラナ)氏は「量子通信では、電線を通る電気信号や空中を伝わる電波ではなく量子状態に特別に調整された光の粒子、光子を送信します」と説明します。

■現在のオンライン暗号化はどのように機能しているのか？

量子鍵配送は量子通信技術において最も重要なツールです。しかしその重要性を理解するには、現在のインターネットの仕組みに関する基礎知識が必要です。

オンラインで商品を購入する際、クレジットカード情報は小売業者へ送信される前に暗号化(スクランブル)されます。しかしその取引が行われる前に、ユーザーのコンピューターと小売業者は、このスクランブル処理を行うための秘密鍵を事前に合意しておく必要があります。この鍵をパスワードと考えてください。もし誰かがこの鍵を入手すれば、メッセージを復号化し、あなたのクレジットカード情報を盗むことができます。では、あなたのコンピューターと小売業者は、その鍵を安全に共有し、第三者に傍受されないようにするにはどうすればよいのでしょうか？

彼らは「公開鍵暗号方式」と呼ばれる手法を使用します。これは数学的に関連付けられた二つの鍵を伴います。一つは公開鍵であり、誰でも入手可能ですが、メッセージを暗号化するためにのみ使用できます。もう一つは秘密鍵で、小売業者だけが所持しています。この秘密鍵はメッセージを復号化するためにのみ使用できます。

これらの鍵を安全に配布する方法は、1975年にイギリスの国家安全保障目的で初めて開発されました。インターネット以前の技術ですが、その機密性が高かったため、発明者たちは20年以上も公表できず、他の研究者たちが商業目的で独自に改良版を開発しました。

小売業者が自社の秘密鍵であなたの秘密鍵を復号すると、双方で同じ秘密鍵を共有することになります。これにより小売業者は、クレジットカード情報を受信後に復号する鍵を保持します。傍受者が暗号化されたクレジットカード情報を傍受する可能性はありますが、その暗号の強度は極めて複雑な数学的問題に基づいています。鍵がなければ、通常のコンピューターで解読するには何年もかかるでしょう。

■量子鍵配送が優れている理由

しかしながら、量子コンピュータはこうしたメッセージを極めて短時間で復号できる可能性があります。危険に晒されるのはクレジットカード情報だけでなく、政府や大企業が保有するあらゆる機密データです。現時点で暗号化されたメッセージを解読できるほどの量子コンピュータは存在しませんが、多くの専門家は2030年までにその技術的到達点が達成されると予測しています。

このため、科学者や研究者は暗号化手法の強化を急いでおり、量子鍵配送はその一つです。

量子鍵配送では、送信者と受信者が通常は光子で符号化されたランダムな秘密鍵を、安全でない経路で共有できます。しかし量子力学の奇妙な性質により、誰かが量子信号を傍受しようとすると、測定行為自体が量子状態を乱し、送信者と受信者の双方に警告が送られます。

「数学的問題の難解さに依存する現行の暗号化とは異なり、量子セキュリティは物理学の基本法則に基づいています。概念的には全く異なり、想像するだけでも実に驚くべき技術です！」とShaila Rana(シャイラ・ラナ)氏は説明します。

■量子技術へのカウントダウン

量子コンピュータや量子通信が日常生活に定着するには、まだ数年、あるいは数十年を要する見込みです。

研究者らは量子信号の長距離伝送が可能であることを実証していますが、「既存のインターネットインフラとの統合や通信距離の延長には、依然として多くの技術的課題が残されています」とShaila Rana(シャイラ・ラナ)氏は述べています。

また、ここ数年で大きな進展があったとはいえ、量子コンピュータは未だ発展途上段階にあり、動作には超安定かつ超低温の環境が必要です。仮に量子コンピュータが開発されたとしても、低レベルのインターネット詐欺師が利用できるようになるまでには、おそらく数十年を要するでしょう。

ただし、その普及は一気に進むわけではありません。

「一般の方々にとって、重要なインフラが量子暗号通信を採用するのは5年から10年後、機密データを扱う企業が価値の高い通信に量子セキュリティを導入するのは10年から20年後になるでしょう」とShaila Rana(シャイラ・ラナ)氏は述べています。

消費者向けデバイスには量子セキュリティ機能が組み込まれる可能性がありますが、日常的な通信が従来技術に依存し続ける状況は今後数十年続くでしょう。

「正確な予測は困難です。近年の技術進歩は非常に速いのですから」

■IEEEについて

IEEEは、世界最大の技術専門家の組織であり、人類に恩恵をもたらす技術の進展に貢献しています。160カ国、40万人以上のエンジニアや技術専門会の会員を擁する非営利団体で、論文誌の発行、国際会議の開催、技術標準化などを行うとともに、諸活動を通じて世界中の工学やその他専門技術職のための信用性の高い「声」として役立っています。

IEEEは、電機・電子工学およびコンピューターサイエンス分野における世界の文献の30％を出版、2,000以上の現行標準を策定し、年間1,800を超える国際会議を開催しています。

詳しくは http://www.ieee.org をご覧ください。