Kvantna komunikacija v akciji - opis, značilnosti in zanimiva dejstva

Kvantna fizika ponuja povsem nov način varovanja informacij. Zakaj je to potrebno, ali je zdaj nemogoče zgraditi varen komunikacijski kanal? Seveda lahko. Ampak že ustvarjena kvantni računalniki,

Taki računalniki, ki imajo dostop do kvantnega kanala, bodo nekako spremenili sedanje stanje fotonov. In poskuša dobiti podatke, jo bo poškodoval. Hitrost prenosa informacij je seveda nižja v primerjavi z drugimi obstoječimi kanali, na primer s telefonsko komunikacijo. Toda kvantna komunikacija zagotavlja veliko večjo stopnjo tajnosti. To je seveda zelo velik plus. Še posebej v sodobnem svetu, ko vsakodnevno raste kriminalni kriminal.

Kvantna vez za "lutke"

Ko je golob nadomestile telegrafa, v zameno, zamenjali radijsko telegraf. Seveda, to je danes, ni šel nikamor, vendar ni bilo druge sodobne tehnologije. Pred samo desetletjem, internet ni bila razširjena, kot so danes, in dostop do nje lahko dobil precej težko - moral iti na internet klubov, za nakup zelo drage karte, itd Danes, ne živimo enotno uro, in se veselim brezplačnim internetom .. 5G.

Toda naslednji novi komunikacijski standard ne bo reševal nalog, s katerimi se sooča organizacija izmenjave podatkov s pomočjo interneta, sprejema podatke s satelitov iz naselij na drugih planetih itd. Vsi ti podatki morajo biti zanesljivo zaščiteni. In se lahko organizira s pomočjo tako imenovanega kvantnega zapletanja.

Kaj je kvantna vez? Za "lutke" ta pojav pojasnjujejo kot povezavo različnih kvantnih značilnosti. Vztraja tudi, če so delci razmaknjeni drug od drugega veliko razdaljo. Šifrira in prenese s pomočjo kvantne zapletenosti, ključ ne bo posredoval dragocenih informacij vlomilcem, ki jih bodo poskušali prestreči. Vse, kar dobijo, so različne številke, saj bo stanje sistema z zunanjim posegom spremenjeno.

Vendar ni bilo mogoče ustvariti svetovnega sistema za prenos podatkov, saj je nekaj deset kilometrov signal izginil. Satelit, ki se je začel leta 2016, bo pomagal uresničiti shemo kvantnega ključnega prenosa na razdaljah več kot 7 tisoč kilometrov.

Prvi uspešni poskusi uporabe nove povezave

Prvi protokol kvantne kriptografije je bil pridobljen leta 1984. Danes se ta tehnologija uspešno uporablja v bančnem sektorju. Znana podjetja ponujajo kriptosisteme, ki so jih ustvarili.

Kvantna komunikacijska linija se izvaja na standardnem optičnem kablu. V Rusiji je bil med uradi Gazprombank v Novy Cheryomushki in steno krave položen prvi zavarovani kanal. Skupna dolžina je 30,6 km, pojavijo se napake pri prenosu ključa, njihov odstotek pa je minimalen - le 5%.

Kitajska je uvedla kvantni komunikacijski satelit

Prvi svetovni satelit te vrste je začel na Kitajskem. Lansirana raketa dolga marca-2D 16. avgusta 2016 od kozmodroma Tszyu-Quan. Satelit, ki tehta 600 kg, leti 2 leti na sončni sinhroni orbiti, višji 310 km (ali 500 km) v okviru programa "Kvantni poskusi v kozmični lestvici". Obdobje kroženja aparata okoli Zemlje je enako pol ure.

Satelitska kvantna komunikacija imenuje Micius, ali "Mo-Zi", v čast filozofa, ki je živel v V. stoletju v in, kot se pogosto domneva, je prvi izvajal optične eksperimente. Znanstveniki bodo preučevali mehanizem kvantne zapletenosti in vedenja kvantna teleportacija med satelitom in laboratorijem v Tibetu.

Slednje prenaša kvantno stanje delca na določeno razdaljo. Za izvedbo tega postopka potrebujete par zapletenih (z drugimi besedami povezani) delci, ki so med seboj razdalji. Glede na kvantno fiziko so sposobni zajeti podatke o statusu partnerja, čeprav so zelo razdvojeni. To pomeni, da je mogoče vplivati ​​na delec, ki je v oddaljenem kozmosu, ki vpliva na svojega partnerja, ki je v bližini, v laboratorij.

Satelit bo ustvaril dva zapletena fotona in jih poslal na Zemljo. Če bo izkušnja uspešna, bo označila začetek nove dobe. Desetine takih satelitov ne morejo le zagotoviti široko razširjenega kvantnega interneta, ampak tudi kvantno komunikacijo v vesolju za prihodnja naselja na Marsu in na Luni.

Zakaj potrebujemo take satelite?

Toda zakaj potrebujemo kvantni komunikacijski satelit? Ali ni dovolj obstoječih konvencionalnih satelitov? Dejstvo je, da ti sateliti ne bodo nadomestili običajnih. Načelo kvantne komunikacije je kodiranje in zaščita obstoječih konvencionalnih kanalov za prenos podatkov. S svojo pomočjo je na primer zagotovljena varnost na parlamentarnih volitvah leta 2007 v Švici.

Nekomercialna raziskovalna organizacija Battelle Memorial Institute, izvaja izmenjavo informacij med uradi v Združenih državah Amerike (Ohio) in na Irskem (Dublin) s kvantno zapletenostjo. Njeno načelo temelji na vedenju fotonov - elementarnih delcev svetlobe. Podatki so z njihovo pomočjo kodirani in poslani naslovniku. Teoretično bo tudi najtočnejši poskosni poseg pustil sled. Kvantni ključ se bo takoj spremenil, poskus hackerja pa bo prejel nesmiselni nabor znakov. Zato se ne morejo prestrezati ali kopirati vseh podatkov, ki se bodo prenašali prek teh komunikacijskih kanalov.

Satelit bo znanstvenikom pomagal testirati distribucijo ključa med zemeljskimi postajami in samim satelitom.

Kvantna komunikacija na Kitajskem bo izvedena s pomočjo optičnih kablov s skupno dolžino 2 tisoč kilometrov in povezovanjem 4 mest iz Šanghaja v Peking. Serije fotonov ni mogoče prenesti neskončno in večja je razdalja med postajami, večja je verjetnost, da bodo informacije poškodovane.

Po razdalji, signal izgine, in znanstveniki, da bi ohranili pravilen prenos informacij, potrebujete način za posodobitev signala po vsakih 100 km. V kablu se to doseže z uporabo preverjenih vozlišč, v katerih je ključ analiziran, kopirani z novimi fotoni in nadaljujemo.

Malo zgodovine

Leta 1984 so Brassard J. z Univerze v Montrealu in Bennett C. iz IBMja predlagali, da se fotoni lahko uporabljajo v kriptografiji, da bi dobili zaščiten temeljni kanal. Predlagali so preprosto shemo za kvantno prerazporeditev ključev za šifriranje, ki se je imenovala BB84.

To vezje uporablja kvantni kanal, preko katerega se informacije med dvema uporabnikom prenašajo v obliki polariziranih kvantnih stanj. Prisluškovalec, ki posluša, lahko poskuša izmeriti te fotone, vendar ne more storiti, kot je navedeno zgoraj, ne da bi jih izkrivljali. Leta 1989 je v IBM-ovem raziskovalnem centru Brassard in Bennett ustvaril prvi prvi kvantni kriptografski sistem v svetu.

Kakšen je kvantno-optični kriptografski sistem (KOKS)

Osnovne značilnosti COCS (stopnja napak, hitrost prenosa podatkov itd.) So določene s parametri elementov, ki tvorijo kanale, ki tvorijo, prenašajo in merijo kvantna stanja. Običajno je COCS sestavljen iz sprejemnih in oddajnih delov, ki jih povezuje prenosni kanal.

• laserji;
• mikrolizerji;
• svetleče diode.

Za prenos optičnih signalov kot medija uporabite optične svetleče diode, ki so združene v kablu različnih oblik.

Narava tajnosti kvantne vezave

Prehodi iz signalov, v katerih so preneseni podatki kodirani z impulzi s tisočimi fotoni, na signale, pri katerih en impulz v povprečju predstavlja manj kot eno, se začnejo izvajati kvantni zakoni. Uporaba teh zakonov je s klasično kriptografijo, ki omogoča doseganje tajnosti.

Načelo negotovosti Heizenberg se uporablja v kvantno-kriptografskih napravah in zahvaljujoč mu se kakršni koli poskusi sprememb v kvantnem sistemu spremenijo, oblikovanje, pridobljeno kot rezultat takšne meritve, pa je sprejeta stranka določila kot napačna.

Ali kvantna kriptografija daje 100% jamstvo pred taksiranjem?

Teoretično daje, vendar tehnične rešitve niso povsem zanesljive. Napadalci so začeli uporabljati laserski žarek, s katerim slepijo kvantne detektorje, nato pa prenehajo odgovoriti na kvantne lastnosti fotonov. Včasih se uporabljajo večfotonski viri, napadalci pa lahko preskočijo eno od njih in izmerijo enake.