Fizyka kwantowa oferuje coś zupełnie nowegosposób na ochronę informacji. Dlaczego jest potrzebny, czy nie można teraz stworzyć bezpiecznego kanału komunikacji? Oczywiście, że możesz. Ale komputery kwantowe już zostały stworzone i gdy staną się wszechobecne, nowoczesne algorytmy szyfrowania będą bezużyteczne, ponieważ te potężne komputery mogą je złamać w ułamku sekundy. Komunikacja kwantowa pozwala na szyfrowanie informacji za pomocą fotonów - cząstek elementarnych.
Takie komputery, które uzyskały dostęp do kwantowegokanał, w ten czy inny sposób zmieni obecny stan fotonów. A próba zdobycia informacji spowoduje jej uszkodzenie. Szybkość przesyłania informacji jest oczywiście niższa w porównaniu z innymi obecnie istniejącymi kanałami, na przykład z komunikacją telefoniczną. Ale komunikacja kwantowa zapewnia znacznie wyższy poziom poufności. To oczywiście bardzo duży plus. Zwłaszcza w dzisiejszym świecie, kiedy cyberprzestępczość rośnie każdego dnia.
Dawno, dawno temu poczta gołębi została wypartatelegraf z kolei wyparł radio. Oczywiście dzisiaj nigdzie nie poszło, ale pojawiły się inne nowoczesne technologie. Jeszcze dziesięć lat temu Internet nie był tak rozpowszechniony jak dzisiaj, a dostęp do niego był dość trudny - musieliśmy chodzić do klubów internetowych, kupować bardzo drogie karty itp. Dziś nie żyjemy bez internetu ani godziny, a nie możemy się doczekać 5G.
Ale inny nowy standard komunikacji nie rozwiąże problemuzadania, przed którymi stoi obecnie organizacja wymiany danych z wykorzystaniem Internetu, odbieranie danych z satelitów z osad na innych planetach itp. Wszystkie te dane muszą być niezawodnie chronione. Można to zorganizować za pomocą tak zwanego splątania kwantowego.
Co to jest komunikacja kwantowa? W przypadku „manekinów” zjawisko to wyjaśnia się jako związek między różnymi cechami kwantowymi. Utrzymuje się nawet wtedy, gdy cząsteczki są szeroko oddalone od siebie. Klucz zaszyfrowany i przesłany za pomocą splątania kwantowego nie zapewni żadnych cennych informacji atakującym, którzy próbują go przechwycić. Otrzymają tylko inne liczby, ponieważ stan systemu przy interwencji zewnętrznej ulegnie zmianie.
Ale tworzenie światowego systemu transmisji danych nie jestudało się, ponieważ po kilkudziesięciu kilometrach sygnał zanikł. Satelita wystrzelony w 2016 r. Pomoże we wdrożeniu schematu transferu klucza kwantowego na odległość ponad 7 000 km.
Pierwszy protokół kryptografii kwantowej uzyskano w 1984 roku. Obecnie technologia ta jest z powodzeniem stosowana w sektorze bankowym. Swoje kryptosystemy oferują znane firmy.
Kontynuowana jest kwantowa linia komunikacyjnastandardowy kabel światłowodowy. W Rosji pierwszy chroniony kanał położono między oddziałami Gazprombanku w Nowym Czereromuszkach i na Korovyi Val. Całkowita długość to 30,6 km, zdarzają się błędy podczas przesyłania kluczy, ale ich procent jest minimalny - tylko 5%.
Pierwszy taki satelita na świecie został wystrzelony wChiny. Rakieta Long March-2D została wystrzelona 16 sierpnia 2016 roku z kosmodromu Tszyu-Quan. Satelita o masie 600 kg będzie latał po orbicie synchronicznej ze Słońcem na wysokości 310 mil (lub 500 km) przez 2 lata w ramach programu Quantum Experiments on Space Scale. Okres obrotu aparatu wokół Ziemi wynosi półtorej godziny.
Satelita komunikacji kwantowej nazywa się Micius lub„Mo-Tzu”, na cześć filozofa żyjącego w V wieku naszej ery. i, jak się powszechnie uważa, był pierwszym, który przeprowadził eksperymenty optyczne. Naukowcy zamierzają zbadać mechanizm splątania kwantowego i przeprowadzić kwantową teleportację między satelitą a laboratorium w Tybecie.
Ten ostatni przenosi stan kwantowy cząstki dopodana odległość. Aby zaimplementować ten proces, potrzebujesz pary splątanych (innymi słowy połączonych) cząstek znajdujących się w pewnej odległości od siebie. Zgodnie z fizyką kwantową są w stanie uchwycić informacje o stanie partnera, nawet gdy są daleko od siebie. Oznacza to, że można wpływać na cząstkę znajdującą się w odległej przestrzeni, wpływając na jej partnera, który znajduje się w pobliżu, w laboratorium.
Satelita utworzy dwa splątane fotony iwyślij ich na Ziemię. Jeśli doświadczenie się powiedzie, będzie to początek nowej ery. Dziesiątki takich satelitów będą w stanie zapewnić nie tylko wszechobecne rozprzestrzenianie się Internetu kwantowego, ale także komunikację kwantową w kosmosie dla przyszłych osad na Marsie i Księżycu.
Ale dlaczego w ogóle potrzebujemy kwantowego satelity komunikacyjnego?Czy istniejące konwencjonalne satelity nie są wystarczające? Chodzi o to, że te satelity nie zastąpią konwencjonalnych. Zasada komunikacji kwantowej polega na szyfrowaniu i ochronie istniejących konwencjonalnych kanałów transmisji danych. Z jego pomocą zapewniono na przykład bezpieczeństwo już podczas wyborów parlamentarnych w Szwajcarii w 2007 roku.
Organizacja badawcza non-profitBattel Memorial Institute wymienia informacje między oddziałami w Stanach Zjednoczonych (Ohio) i Irlandii (Dublin) przy użyciu splątania kwantowego. Jego zasada opiera się na zachowaniu fotonów - elementarnych cząstek światła. Z ich pomocą informacje są kodowane i wysyłane do adresata. W teorii nawet najmniejsza próba interwencji pozostawi ślad. Klucz kwantowy zmieni się natychmiast, a haker, który spróbuje, otrzyma bezsensowny zestaw znaków. Dlatego wszystkie dane, które będą przesyłane tymi kanałami komunikacyjnymi, nie mogą zostać przechwycone ani skopiowane.
Satelita pomoże naukowcom przetestować dystrybucję kluczy między stacjami naziemnymi a samym satelitą.
W Chinach zostanie wdrożona komunikacja kwantowadzięki światłowodom o łącznej długości 2 tys.km łączących 4 miasta od Szanghaju po Pekin. Serii fotonów nie można przesyłać w nieskończoność, a im większa odległość między stacjami, tym większa szansa, że informacja zostanie uszkodzona.
Po przejściu pewnej odległości sygnał zanika inaukowcy, aby utrzymać prawidłową transmisję informacji, potrzebują sposobu na aktualizację sygnału co 100 km. W kablach osiąga się to za pomocą sprawdzonych węzłów, w których klucz jest analizowany, kopiowany z nowymi fotonami i przesuwa się dalej.
W 1984 roku Brassard J.z University of Montreal i Bennett C. z IBM zasugerowali, że fotony mogą zostać użyte w kryptografii do wygenerowania bezpiecznego kanału podstawowego. Zaproponowali prosty schemat kwantowej redystrybucji kluczy szyfrujących, nazwany BB84.
Ten schemat wykorzystuje kanał kwantowy, przez któryinformacje między dwoma użytkownikami są przesyłane w postaci spolaryzowanych stanów kwantowych. Haker podsłuchujący może próbować zmierzyć te fotony, ale nie może tego zrobić, jak wspomniano powyżej, bez wprowadzenia do nich zniekształceń. W 1989 roku w IBM Research Center Brassard i Bennett stworzyli pierwszy na świecie działający kwantowy system kryptograficzny.
Główne parametry techniczne KOKS (współczynnikbłędy, szybkość transmisji danych itp.) są określane przez parametry elementów tworzących kanał, które tworzą, transmitują i mierzą stany kwantowe. Zwykle COX składa się z części odbiorczej i nadawczej, które są połączone kanałem transmisyjnym.
Źródła promieniowania podzielono na 3 klasy:
Do przesyłania sygnałów optycznych jako medium używane są światłowodowe diody LED, połączone w kable o różnych konstrukcjach.
Przechodząc od sygnałów, w których są transmitowaneinformacja jest kodowana w impulsach z tysiącami fotonów, a prawa kwantowe wchodzą w grę w przypadku sygnałów, w których średnio jeden impuls jest mniejszy niż jeden. To właśnie zastosowanie tych praw w klasycznej kryptografii pozwala na osiągnięcie tajemnicy.
Obowiązuje zasada nieoznaczoności Heisenbergaw kwantowych urządzeniach kryptograficznych i dzięki niemu wszelkie próby zmiany w układzie kwantowym wprowadzają do niego zmiany, a otrzymana w wyniku takiego pomiaru formacja jest przez stronę otrzymaną określana jako fałszywa.
Teoretycznie daje, ale rozwiązania techniczne niecałkowicie niezawodny. Atakujący zaczęli używać wiązki laserowej, za pomocą której oślepiają detektory kwantowe, po czym przestają reagować na kwantowe właściwości fotonów. Czasami używane są źródła wielofotonowe, a atakujący mogą przeoczyć jedno z nich i zmierzyć identyczne.
