Hoe quantumtheorie ons digitale leven bedreigt en veiliger maakt

Een groot gedeelte van het werk van Serge Fehr, hoogleraar quantum informatietheorie, is abstract en theoretisch en voor maar weinig mensen te begrijpen. Toch helpt zijn werk om de digitale wereld veiliger te maken, zodat wij ook in de toekomst allemaal probleemloos kunnen blijven internetbankieren bijvoorbeeld. Tijdens zijn oratie op 26 september op de Universiteit Leiden vertelt hij hier meer over. Naast zijn werk in Leiden is Serge Fehr sinds 2010 onderzoeker in de Cryptology groep van het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI).

Quantumfysica, of quantummechanica, is een wetenschappelijke discipline waarin naar het gedrag van de allerkleinste deeltjes wordt gekeken. Het is de theorie die beschrijft hoe bijvoorbeeld atomen, elektronen en licht zich gedragen. Het is moeilijk om precies uit te leggen hoe quantumfysica werkt. Fehr: ‘Ik kan gelijkenissen geven of wat ideeën, maar die zullen altijd misleidend zijn. Quantumfysica lijkt namelijk op niets waar we vertrouwd mee zijn. De enige manier waarop je het echt kunt begrijpen, is door de achterliggende wiskunde te begrijpen. Er is geen shortcut.

Fehr werkt aan quantuminformatietheorie, een combinatie van quantumfysica en informatietheorie, en de toepassingen ervan in de cryptografie. Dankzij cryptografische schema’s kunnen wij nu bijvoorbeeld veilig internetbankieren en zijn onze medische gegevens niet zomaar door iedereen in te zien. Die schema’s zijn heel moeilijk te kraken met de computers die er nu zijn. ‘Maar veel huidige cryptografie is onveilig als er een quantumcomputer komt’, zegt Fehr. ‘En er wordt hard gewerkt om die computer te maken.’ Quantumcomputers kunnen in de toekomst snel bepaalde berekeningen uitvoeren waar gewone computers miljoenen jaren over zouden doen, zoals het razendsnel ontbinden van grote getallen in (priem)factoren.   

Fehr werkt dan ook met veel anderen samen om nieuwe cryptografische schema’s te maken en te analyseren, die ook een quantumcomputer niet kan kraken. Fehr: ‘Ik onderzoek vooral of de schema’s die we willen gebruiken echt zo veilig zijn als we denken. En dat doe ik vanuit een zeer wiskundig perspectief.’

Wiskunde

Al sinds de middelbare school houdt hij van wiskunde. De hoogleraar vindt het mooi dat wiskunde veel intuïtie en verbeelding vereist maar uiteindelijk toch heel precies is. ‘Je moet je intuïtie vertalen naar strikte wiskundige formuleringen, zonder ruimte voor meerduidigheden. Een wiskundige uitkomst is waar of niet. Wat ik ook erg leuk aan wiskunde vind, is dat het eindeloos is. Bij elk wiskundig probleem dat je oplost, duiken altijd weer nieuwe problemen op die vragen om te worden aangepakt. Het abstracte en theoretische gedeelte van mijn werk motiveert mij, maar het is een leuk neveneffect dat een deel van wat ik doe helpt om onze digitale wereld veiliger te maken.’

Bron: Hoe quantumtheorie ons digitale leven bedreigt en veiliger maakt. Dagmar Aarts (Universiteit Leiden)

Meer informatie

• Zie ook het eerdere nieuwsbericht: Serge Fehr benoemd tot hoogleraar Quantuminformatietheorie (2018).
• Contactgegevens van Serge Fehr op het CWI