তীব্র শব্দেও সচল চীনের কোয়ান্টাম কী ব্যবস্থা, ১৫০ কিলোমিটার অপটিক্যাল ফাইবারে সহাবস্থান

কোয়ান্টাম নিরাপত্তা নিয়ে পরীক্ষা প্রচলিত টেলিকম নেটওয়ার্কের আরও কাছাকাছি

চীনা গবেষকদের একটি দল ৪২৫ কিলোহার্টজ শব্দসহনশীল কোয়ান্টাম কী বিতরণ প্রদর্শন করেছে। তারা ১৫০ কিলোমিটার দীর্ঘ যৌথ ফাইবারে প্রচলিত অপটিক্যাল যোগাযোগের পাশাপাশি সংকেত প্রেরণও পরীক্ষা করেছে। কোয়ান্টাম-সুরক্ষিত নেটওয়ার্কের একটি ব্যবহারিক বাধা নিয়ে কাজ করেছে এই গবেষণা: টেলিযোগাযোগ সরঞ্জামে ব্যবহৃত অনেক বেশি শক্তিশালী আলোকসংকেতের মুখে ভঙ্গুর কোয়ান্টাম সংকেতকে কীভাবে ব্যবহারযোগ্য রাখা যায়।

চীনের ইউনিভার্সিটি অব সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজির শিক্ষাবিদ গুয়ো গুয়াংছানের নেতৃত্বে দলটি হেনান প্রভিন্সিয়াল কি ল্যাবরেটরি অব কোয়ান্টাম ইনফরমেশন অ্যান্ড কোয়ান্টাম ক্রিপ্টোগ্রাফি এবং নানজিং ইউনিভার্সিটি অব পোস্টস অ্যান্ড টেলিকমিউনিকেশনের সঙ্গে কাজ করেছে। গবেষকদের মধ্যে ছিলেন হান ঝেংফু, ছেন ওয়েই, ইন ঝেনছিয়াং ও ওয়াং শুয়াং।

আমেরিকান ফিজিক্যাল সোসাইটির ২০২৬ সালের ৩০ সেপ্টেম্বর প্রকাশিত তাদের ফিজিক্যাল রিভিউ লেটার্সে প্রকাশিত গবেষণাপত্রে ২.৫ গিগাহার্টজ পুনরাবৃত্তি কম্পাঙ্কে চলা একটি ব্যবস্থার বর্ণনা রয়েছে। এতে ৪২৫ কিলোহার্টজ শব্দ গণনার মধ্যেও নিরাপদ কী তৈরির কথা জানানো হয়েছে, যা বিচ্ছিন্ন ব্যবস্থার সহনসীমার চেয়ে চার মাত্রার ঘাত বেশি। পাশাপাশি, চ্যানেলে ৩০ ডেসিবেল অ্যাটেনুয়েশন থাকলেও প্রতি সেকেন্ডে কিলোবিট পর্যায়ে নিরাপদ কী তৈরির হার পাওয়া গেছে।

এই ফলাফলগুলো কার্যক্ষমতার ভিন্ন দিক পরিমাপ করে। পুনরাবৃত্তি কম্পাঙ্ক বলে ব্যবস্থাটি কত দ্রুত কাজ করে; শব্দ গণনা জানায় অনাকাঙ্ক্ষিত শনাক্তকরণের সংখ্যা; আর নিরাপদ কী তৈরির হার প্রক্রিয়াকরণের পর ব্যবহারযোগ্য গোপন কী উৎপাদনের পরিমাণ মাপে। পরীক্ষাটি কী দেখিয়েছে তা বোঝার জন্য এই পরিমাপগুলো আলাদা করে দেখা জরুরি।

মূল অগ্রগতিটি এসেছে অ্যাডভান্টেজ ডিস্টিলেশন নামের একটি পদ্ধতির সঙ্গে দ্রুত সংকেত এনকোডিং এবং কমপ্যাক্ট সেমিকন্ডাক্টর ডিটেক্টর মিলিয়ে। কোয়ান্টাম সংকেতকে শব্দ থেকে পুরোপুরি আড়াল করার ওপর নির্ভর না করে, গবেষকেরা শব্দযুক্ত কী-সংক্রান্ত উপাত্ত প্রক্রিয়ার পদ্ধতিও বদলেছেন।

কী সুরক্ষিত রাখা হচ্ছে?

কোয়ান্টাম কী বিতরণ বা কিউকেডি দুই পক্ষকে কোয়ান্টাম অবস্থা ব্যবহার করে একটি অভিন্ন গোপন কী তৈরি করতে দেয়। পরে সেই কী দিয়ে এনক্রিপ্ট করা যোগাযোগ করা যায়। পরীক্ষাটি কী বিতরণ নিয়ে; ব্যবস্থাটির ২.৫ গিগাহার্টজ কার্যকর কম্পাঙ্কে সাধারণ বার্তা পাঠানো নিয়ে নয়।

এ পদ্ধতির আকর্ষণ তথ্যতাত্ত্বিক নিরাপত্তা: প্রোটোকলের অনুমানগুলো ঠিক থাকলে, গোপনীয়তা নির্ভর করে না আক্রমণকারী কোনো কঠিন গাণিতিক সমস্যা সমাধান করতে পারবেন কি না তার ওপর। কোয়ান্টাম সংকেত এবং কী তৈরির সময় সম্পন্ন যাচাইয়ের মাধ্যমে অংশগ্রহণকারীরা তাঁদের পরিমাপ থেকে গোপন কী বের করা সম্ভব কি না তা মূল্যায়ন করতে পারেন।

এই গবেষণায় ব্যবহৃত হয়েছে মেজারমেন্ট ডিভাইস ইন্ডিপেন্ডেন্ট কিউকেডি, সংক্ষেপে এমডিআই কিউকেডি। এর নিরাপত্তার জন্য পরিমাপের সরঞ্জামকে বিশ্বাস করতে হয় না। এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ মূল কোয়ান্টাম প্রোটোকল নির্ভরযোগ্য হলেও ডিটেক্টর ব্যবহারিক ব্যবস্থায় দুর্বলতা তৈরি করতে পারে।

এর অর্থ এই নয় যে নেটওয়ার্কের প্রতিটি অংশ উপেক্ষা করা যায় বা নিরাপদ ধরে নেওয়া যায়। সংকেত প্রস্তুতি এবং প্রোটোকলের অন্যান্য অনুমানও গুরুত্বপূর্ণ। নির্দিষ্ট সুবিধাটি হলো, চ্যালেঞ্জিং অপটিক্যাল পরিবেশেও গোপন কী তৈরি বজায় রেখে পরিমাপের যন্ত্রের ওপর আস্থা রাখার প্রয়োজন দূর করা।

পটভূমির আলো কেন গুরুতর বাধা

কোয়ান্টাম যোগাযোগে অত্যন্ত দুর্বল আলোকসংকেত ব্যবহৃত হয়। প্রচলিত টেলিযোগাযোগ সরঞ্জামে অনেক বেশি শক্তিশালী সংকেত থাকে, যা ফাইবারের অরৈখিক প্রভাবের মাধ্যমে অতিরিক্ত আলো তৈরি করতে পারে। এই অনাকাঙ্ক্ষিত আলো থেকে এমন শনাক্তকরণ ঘটতে পারে, যা অভিপ্রেত কোয়ান্টাম তথ্য বহন করে না।

সমস্যাটি শুধু সংযোগে শব্দের উপস্থিতি নয়। পরিমাপের উপাত্তে ভুলের পরিমাণ বেশি হলে বা ব্যবহারযোগ্য পারস্পরিক সম্পর্কের পরিমাণ খুব কম হলে অংশগ্রহণকারীরা নিরাপদ কী তৈরি করতে ব্যর্থ হতে পারেন। ফলে কোনো ব্যবস্থা অপটিক্যালভাবে সচল থাকলেও ব্যবহারযোগ্য গোপন তথ্য নাও দিতে পারে।

মুক্ত স্থানের সংযোগেও ভিন্ন উৎস থেকে একই ধরনের চ্যালেঞ্জ দেখা দেয়। স্যাটেলাইট সংযোগ এবং ড্রোনের মতো প্ল্যাটফর্মে সূর্যালোকসহ তীব্র পারিপার্শ্বিক আলোর মুখে পড়তে হয়। শব্দসহনশীলতা বাড়ানোর প্রেরণা হিসেবে গবেষণায় এসব পরিবেশের কথা বলা হয়েছে, যদিও ১৫০ কিলোমিটারের সহাবস্থান পরীক্ষা হয়েছে অপটিক্যাল ফাইবারে।

ফিল্টার অনাকাঙ্ক্ষিত আলো ঠেকাতে সাহায্য করে, তবে এর সীমাবদ্ধতা আছে। ফিল্টার দরকারি সংকেতও বাদ দিতে পারে এবং সরঞ্জামের জটিলতা বাড়ায়। দলটির পদ্ধতিতে কম-শব্দের শনাক্তকরণ এবং বেশি শব্দযুক্ত পরিমাপের নথি থেকে গোপন কী বের করার উদ্দেশ্যে তৈরি একটি কৌশল মিলিয়ে ভৌত ও উপাত্ত প্রক্রিয়াকরণ, দুই স্তরেই সমস্যাটি মোকাবিলা করা হয়েছে।

অ্যাডভান্টেজ ডিস্টিলেশন কীভাবে হিসাব বদলায়

অ্যাডভান্টেজ ডিস্টিলেশনে কাঁচা কী-সংক্রান্ত উপাত্তকে কয়েকটি দলে প্রক্রিয়াকরণ করা হয়, যাতে গোপন কী তৈরিতে ব্যবহারযোগ্য পারস্পরিক সম্পর্ক আরও শক্তিশালী হয়। কাঁচা উপাত্ত হলো অংশগ্রহণকারীদের প্রাথমিক নথি, যা থেকে ব্যবহারযোগ্য গোপন কী তৈরি করতে প্রয়োজনীয় যাচাই ও প্রক্রিয়াকরণ তখনো শেষ হয়নি।

এর মূলনীতি হলো বাছাই করে প্রক্রিয়াকরণ। কাঁচা কী-র প্রতিটি উপাদানকে সমানভাবে কার্যকর ধরে নেওয়ার বদলে, পদ্ধতিটি প্রতিটি দলের ভেতরের সম্পর্ক কাজে লাগিয়ে এমন উপাত্ত বেছে রাখে, যা দিয়ে গোপন কী তৈরি করা সহজ। এটি যেকোনো শব্দকে নিরীহ করে তুলতে পারে না, তবে যে পরিস্থিতিতে কার্যকর গোপনীয়তা উদ্ধার করা সম্ভব, তার পরিসর বাড়াতে পারে।

গবেষকেরা তাঁদের ব্যবস্থার জন্য অ্যাডভান্টেজ ডিস্টিলেশনের একটি সসীম কী-দৈর্ঘ্যভিত্তিক বিশ্লেষণ তৈরি করেছেন। এতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ব্যবহারিক পার্থক্য বিবেচনায় নেওয়া হয়েছে: পরীক্ষায় সীমিত পরিমাণ উপাত্ত সংগ্রহ করা হয়, অথচ আদর্শায়িত হিসাব ধরে নিতে পারে যে উপাত্তের পরিমাণ ইচ্ছামতো বড়। সীমিত উপাত্ত থেকে তৈরি হওয়া পরিসংখ্যানগত অনিশ্চয়তা বিবেচনা করেই নিরাপত্তা ও কার্যক্ষমতা নির্ধারণ করতে হয়।

প্রতিবেদনে প্রথমবারের যে কাজের কথা বলা হয়েছে, তা হলো এই তাত্ত্বিক গবেষণা ও পরীক্ষামূলক হার্ডওয়্যারের সহায়তায় অ্যাডভান্টেজ ডিস্টিলেশনভিত্তিক এমডিআই কিউকেডির ব্যবহারিক বাস্তবায়ন। এ গবেষণায় অ্যাডভান্টেজ ডিস্টিলেশন আবিষ্কারের দাবি করা হয়নি।

হার্ডওয়্যারও গুরুত্বপূর্ণ, কারণ উপাত্ত প্রক্রিয়াকরণ ব্যবহারযোগ্য পরিমাপের প্রয়োজন মেটাতে পারে না। দ্রুত সমান্তরাল এনকোডিং উচ্চ গতিতে কোয়ান্টাম সংকেত দেয়, আর কমপ্যাক্ট সেমিকন্ডাক্টর একক-ফোটন ডিটেক্টর কম শব্দে শনাক্তকরণে সহায়তা করে। এতে গবেষণাপত্রে আলোচিত বড় আকারের ও বেশি সম্পদসাপেক্ষ শনাক্তকরণ সরঞ্জামের প্রয়োজন কমে।

কার্যক্ষমতার পরিসংখ্যান আসলে কী দেখায়

ব্যবস্থাটির ৪২৫ কিলোহার্টজ শব্দসীমা মানে প্রতি সেকেন্ডে ৪২৫,০০০টি শব্দজনিত শনাক্তকরণ। গবেষণাপত্রে বলা হয়েছে, এই মাত্রার শব্দের মধ্যেও নিরাপদ কী তৈরি করা যায়। এটি শনাক্তকরণের হার; অপটিক্যাল ক্ষমতা বা বার্তা এনক্রিপ্ট করার গতির পরিমাপ নয়।

চার মাত্রার ঘাত মানে ১০,০০০ গুণ। ফলে গবেষণায় তুলনাটি নির্দেশ করে, নির্ধারিত রেফারেন্স হিসেবে ব্যবহৃত বিচ্ছিন্ন ব্যবস্থার তুলনায় শব্দসহনশীলতা অনেক বেড়েছে। একে প্রতিটি বিদ্যমান কিউকেডি ব্যবস্থার বিপরীতে সর্বজনীন কার্যক্ষমতার অনুপাত হিসেবে দেখা উচিত নয়।

নিরাপদ কী তৈরির সক্ষমতায় প্রতিবেদিত উন্নতি দুই মাত্রার ঘাত, অর্থাৎ ১০০ গুণ। এটি শব্দসহনশীলতা ১০,০০০ গুণ বাড়ার ফলাফল থেকে আলাদা। একটিতে নিরাপদ কী তৈরির সক্ষমতা বোঝানো হয়েছে; অন্যটিতে ব্যবস্থাটি কতটা শব্দ সহ্য করতে পারে তা বোঝানো হয়েছে।

২.৫ গিগাহার্টজে ব্যবস্থাটি প্রতি সেকেন্ডে ২৫০ কোটি বার কাজ করে। চূড়ান্ত নিরাপদ কী তৈরির পরিমাণ এর চেয়ে অনেক কম, কারণ অপটিক্যাল ক্ষতি, সফল পরিমাপের ঘটনা এবং নিরাপত্তা প্রক্রিয়াকরণ ঠিক করে কতটা ব্যবহারযোগ্য গোপন তথ্য টিকে থাকবে। গবেষণাপত্রে ৩০ ডেসিবেল অ্যাটেনুয়েশনের মধ্যে প্রতি সেকেন্ডে কিলোবিট পর্যায়ে আউটপুটের কথা বলা হয়েছে, তবে সারাংশে সুনির্দিষ্ট হার দেওয়া হয়নি।

৩০ ডেসিবেল ক্ষতি এবং ১৫০ কিলোমিটার যৌথ ফাইবার

চ্যানেলে ৩০ ডেসিবেল অ্যাটেনুয়েশন মানে অপটিক্যাল ক্ষমতা ১,০০০ ভাগের এক ভাগে নেমে আসে; নির্ধারিত ক্ষতির পর ইনপুট ক্ষমতার এক হাজার ভাগের এক ভাগ অবশিষ্ট থাকে। এমন অবস্থায় প্রতি সেকেন্ডে কিলোবিট পর্যায়ে নিরাপদ কী তৈরি করতে পারা উল্লেখযোগ্য সংকেত-ক্ষতি সত্ত্বেও কাজ করার সক্ষমতা দেখায়।

আলাদা সহাবস্থান প্রদর্শনীতে কোয়ান্টাম ব্যবস্থাটিকে চায়না ইউনিকমের দেওয়া বিদ্যমান অপটিক্যাল যোগাযোগ সরঞ্জামের সঙ্গে যুক্ত করা হয়। ১৫০ কিলোমিটার জুড়ে একই ফাইবারে কোয়ান্টাম কী বিতরণ ও প্রচলিত অপটিক্যাল যোগাযোগ পাঠানো হয়; শহরগুলোর মধ্যে সংযোগের ক্ষেত্রে এই দূরত্ব প্রাসঙ্গিক।

ফাইবার যৌথভাবে ব্যবহার করা একটি ব্যবহারিক পরীক্ষা, কারণ দুর্বল কোয়ান্টাম সংকেতের জন্য আলাদা করে অপটিক্যাল পথ সংরক্ষণের ওপর কোয়ান্টাম নেটওয়ার্ক সব সময় নির্ভর করতে পারে না। একই ফাইবারে সহাবস্থান করলে ব্যবস্থাটি প্রচলিত যোগাযোগে ব্যবহৃত সরঞ্জাম এবং শক্তিশালী আলোকসংকেতের সংস্পর্শে আসে।

প্রকাশিত সারাংশ ও পরীক্ষার বিবরণে শব্দসীমা, অ্যাটেনুয়েশনের মধ্যে কী তৈরির হার এবং যৌথ ফাইবারে দূরত্ব উল্লেখ করা হয়েছে। কিন্তু এতে প্রমাণিত হয় না যে সর্বোচ্চ শব্দের মাত্রা, নির্ধারিত অ্যাটেনুয়েশন এবং ১৫০ কিলোমিটার সংকেত প্রেরণ, সবই একই কার্যকর অবস্থায় একসঙ্গে ঘটেছে। ফলাফলকে বাড়িয়ে না বলতে এগুলোকে আলাদা আলাদা প্রতিবেদিত মানদণ্ড হিসেবে দেখা উচিত।

প্রকাশের তারিখ ও বাস্তবায়নের দাবির সীমা

সহযোগিতা এবং চায়না ইউনিকমের পরীক্ষা নিয়ে পরবর্তী বিবরণ প্রকাশের আগে গবেষণাটি ফিজিক্যাল রিভিউ লেটার্সে প্রকাশিত হয়। প্রকাশনার ধারাবাহিকতা ছিল:

• ৩০ সেপ্টেম্বর, ২০২৬: ফিজিক্যাল রিভিউ লেটার্সে গবেষণাপত্রটি প্রকাশিত হয়। এতে ২.৫ গিগাহার্টজের ব্যবস্থা, ৪২৫ কিলোহার্টজ শব্দসহনশীলতা এবং ৩০ ডেসিবেল অ্যাটেনুয়েশনের মধ্যে নিরাপদ কী তৈরির কথা জানানো হয়।
• ৯ অক্টোবর, ২০২৬: পরবর্তী এক বিবরণে অংশগ্রহণকারী প্রতিষ্ঠানগুলো এবং চায়না ইউনিকমের সরঞ্জাম ব্যবহার করে ১৫০ কিলোমিটার যৌথ ফাইবারের প্রদর্শনীর কথা বলা হয়।

কমপ্যাক্ট শনাক্তকরণ, উচ্চ কার্যগত গতি, পটভূমির আলোতে শব্দসহনশীলতা এবং যৌথ ফাইবারে সংকেত প্রেরণ, এই সমন্বয় একসঙ্গে বেশ কয়েকটি ব্যবহারিক চাহিদা পূরণ করে। শক্তিশালী নিরাপত্তা, ব্যবহারযোগ্য কী আউটপুট এবং পরিবেশগত শব্দ সহ্য করার সক্ষমতাসহ কোয়ান্টাম-সুরক্ষিত নেটওয়ার্ক স্থাপনের সমাধান হিসেবে গবেষণাপত্রে ব্যবস্থাটিকে তুলে ধরা হয়েছে।

তবে এই সিদ্ধান্ত নিয়মিত বাণিজ্যিক সেবা চালুর প্রমাণের চেয়ে ব্যাপক। প্রতিবেদিত তথ্যে সরঞ্জামের খরচ, অবিচ্ছিন্ন কার্যক্রমের সময়, রক্ষণাবেক্ষণের চাহিদা বা নেটওয়ার্ক স্থাপনের সময়সূচি নেই। স্যাটেলাইট বা ড্রোনে পরীক্ষা চালানোর প্রমাণও নেই। এসব পরিবেশ গবেষণার প্রেরণা হলেও, নেটওয়ার্কে সহাবস্থানের বাস্তব ফলাফলটি ফাইবার-সংক্রান্ত।

ব্যবহারিক কোয়ান্টাম যোগাযোগে এর প্রভাব

ফলাফলগুলোর মধ্যে সবচেয়ে কার্যকর যোগসূত্র হলো, একই গবেষণা কর্মসূচিতে শব্দসহনশীলতা এবং বিদ্যমান অবকাঠামোর সঙ্গে সামঞ্জস্য, দুটিই বিবেচনায় নেওয়া হয়েছে। কোনো বিচ্ছিন্ন পরিবেশে সীমাবদ্ধ দ্রুতগতির ব্যবস্থা এবং প্রচলিত যোগাযোগ সরঞ্জামের সঙ্গে ফাইবার ভাগ করে ব্যবহার করতে পারা ব্যবস্থার সমাধান করা সমস্যা এক নয়।

গবেষণাটি দেখায়, শুধু কার্যগত কম্পাঙ্ক দিয়ে অগ্রগতি পুরোপুরি বোঝা যায় না। ক্ষতি, অনাকাঙ্ক্ষিত শনাক্তকরণ এবং সীমিত উপাত্তের প্রক্রিয়াকরণ বিবেচনার পর ওই গতি নিরাপদ কী তৈরিতে কতটা কাজে লাগে, তার ওপরই ব্যবহারিক মূল্য নির্ভর করে। অ্যাডভান্টেজ ডিস্টিলেশন পদ্ধতি শব্দের মধ্যেও দ্রুতগতির হার্ডওয়্যার কার্যক্রমকে ব্যবহারযোগ্য আউটপুটের সঙ্গে যুক্ত করতে সাহায্য করে।

১৫০ কিলোমিটারের পরীক্ষায় এই অগ্রগতির সম্ভাব্য একটি ব্যবহারিক ক্ষেত্রের উদাহরণ পাওয়া যায়: যৌথ অপটিক্যাল অবকাঠামো ব্যবহার করে শহরগুলোর মধ্যে যোগাযোগ। বাস্তবায়নের প্রস্তুতি মূল্যায়নে পরবর্তী ধাপে এসব ফলাফলে অনুপস্থিত তথ্য, যেমন দীর্ঘ সময়ের কার্যক্ষমতা ও খরচ, জানতে হবে। নেটওয়ার্ক স্থাপনের কোনো সময়সীমা বা পরবর্তী পরীক্ষার তারিখ নির্ধারণ করা হয়নি।

মূল বিষয়গুলো

• চীনের ইউনিভার্সিটি অব সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি ও তাদের সহযোগীরা অ্যাডভান্টেজ ডিস্টিলেশন এবং কমপ্যাক্ট সেমিকন্ডাক্টর ডিটেক্টর ব্যবহার করে এমডিআই কিউকেডি প্রদর্শন করেছে।
• ব্যবস্থাটি ২.৫ গিগাহার্টজে কাজ করে এবং ৪২৫ কিলোহার্টজ শব্দ গণনার মধ্যেও নিরাপদ কী তৈরি করে।
• প্রতিবেদনে শব্দসহনশীলতা চার মাত্রার ঘাত, অর্থাৎ নির্ধারিত রেফারেন্স ব্যবস্থার তুলনায় ১০,০০০ গুণ বেড়েছে বলে জানানো হয়েছে।
• গবেষণাপত্রে চ্যানেলে ৩০ ডেসিবেল অ্যাটেনুয়েশনের মধ্যেও প্রতি সেকেন্ডে কিলোবিট পর্যায়ে নিরাপদ কী তৈরির হারের কথা বলা হয়েছে।
• আলাদা এক প্রদর্শনীতে চায়না ইউনিকমের অপটিক্যাল যোগাযোগ সরঞ্জাম ব্যবহার করে ১৫০ কিলোমিটার যৌথ ফাইবারে সংকেত পাঠানো হয়েছে।
• ফলাফলগুলো নিয়মিত বাণিজ্যিক কার্যক্রম, স্থাপনের সময়সূচি বা পরীক্ষিত স্যাটেলাইট সংযোগের প্রমাণ দেয় না।