אתגר ההצפנה הקוונטית

המחשב הקוונטי הוא אחת ההבטחות הטכנולוגיות הגדולות של העשור הנוכחי. בשעה שפיסיקאים, מדעני מחשב, מתמטיקאים ומהנדסים עומלים על הפיתוח של מחשבים קוונטיים, התחום המתפתח של תורת המידע הקוונטי מנסה להבין איך למנף את יתרונות הטכנולוגיות הקוונטיות – למשל, עבור יצירת רשתות תקשורת בטוחות ויעילות יותר – תוך  התגברות על הסיכונים הקריפטוגרפיים הטמונים בהן.

ד"ר רותם ארנון-פרידמן, חוקרת במחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות, מאמינה שאת הבסיס התאורטי והמעשי של האבטחה הקוונטית צריך לפתח אפילו מהר יותר מאשר את הקיוביטים והתוכנה הדרושים להרצה של מחשבים קוונטיים. היא עובדת על אחת משאלות האבטחה הבסיסיות בתחום המתפתח של הצפנה קוונטית: איך ליצור מפתח סודי משותף שאי אפשר לפצח, אפילו לא האקר שמסוגל לעשות מניפולציות בקווי התקשורת ויש לו גישה למחשב קוונטי. אמנם, כמעט בלתי אפשרי לפצח הצפנות עם מפתחות ציבוריים באמצעות המחשבים הרגילים המהירים ביותר הקיימים כיום, אבל מחשב קוונטי יכול פוטנציאלית לבצע את המשימה הזאת בקלות. לכן, ברגע שיעמדו לרשותנו מחשבים קוונטיים שמסוגלים לבצע חישובים מורכבים בהיקף עצום, גם ההצפנה תצטרך להתקדם לרמה הקוונטית.

אבטחה באחריות

על אף שקיימות שיטות שונות לחלוקת מפתחות קוונטיים, עדיין קשה מאוד להוכיח שהן מאובטחות. אחד האתגרים המרכזיים הוא פיתוח פרוטוקול שיהיה מאובטח בלי קשר לאיכות ולאמינות של המנגנונים הפיזיים המשמשים ליישומו. בפרוטוקול כזה צריך לשלב מבחן כלשהו שיהווה אמצעי בקרת איכות ויראה שהתקשורת אמיתית, ואף אחד לא שינה אותה בדרך.

ד"ר ארנון-פרידמן התחילה לעבוד על הוכחות אבטחה כאלה כשהייתה דוקטורנטית במכון הטכנולוגי של ציריך, והמשיכה לעסוק בסוגיות הקשורות אליהן עם אחד מהאבות המייסדים של תחום החישוב הקוונטי באוניברסיטת קליפורניה בברקלי. היא עזרה לפתח מסגרת כללית הכוללת פרוטוקול גמיש ואנליזה לקבלת הוכחות אבטחה לקשת רחבה של משימות הצפנה.

הדרך אל הצפנה מקצועית

ד"ר רותם ארנון-פרידמן שירתה כקצינה בממר"ם ולימדה תכנות מתקדם בין 2004 ל-2006. כשהשתחררה, למדה פיסיקה ומדעי המחשב באוניברסיטת תל אביב וסיימה את התואר הראשון (2010) ואת התואר השני (2012). היא הייתה שם מצטיינת דיקן וזכתה בכמה פרסי הצטיינות של המחלקה. היא עברה לשווייץ, וב-2018 סיימה דוקטורט בתורת המידע הקוונטי במכון לפיסיקה תאורטית של המכון הטכנולוגי של ציריך, שם הוענקה לה מדליה על עבודת דוקטורט מצטיינת וכן מענק ניידות לפוסטדוקטורנטים. את הפוסטדוקטורט עשתה ד"ר ארנון-פרידמן במחלקה להנדסת חשמל ומדעי המחשב באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, וב-2020 הצטרפה למכון ויצמן.