Kvantna komunikacija u akciji - opis, značajke i zanimljive činjenice

Kvantna fizika nudi potpuno novi način zaštite informacija. Zašto je to potrebno, zar je sada nemoguće izgraditi siguran komunikacijski kanal? Naravno, možete. Ali već stvorena kvantna računala,

Takva računala, koja imaju pristup kvantnom kanalu, nekako će promijeniti sadašnje stanje fotona. Pokušaj dobivanja informacija oštetit će ga. Brzina prijenosa podataka, naravno, je niža, u usporedbi s ostalim postojećim kanalima, primjerice s telefonskom komunikacijom. Ali kvantna komunikacija pruža mnogo veću razinu tajnosti. Ovo je, naravno, vrlo veliki plus. Pogotovo u suvremenom svijetu, kada cyber kriminal raste svaki dan.

Kvantna veza za "lutke"

Kada golub istisnuo je telegrafom, pak, zamijenio radio telegraf. Naravno, to je danas, nije otišlo nigdje, ali pojavile su se i druge moderne tehnologije. Samo prije deset godina, Internet nije bila raširena kao što su danas, i pristup do nje može doći vrlo teško - morala ići na internet klubovima, kupiti vrlo skupe kartice, itd Danas, mi ne živimo jedan sat, i radujemo se besplatni internet .. 5G.

Ali sljedeći novi komunikacijski standard neće riješiti zadatke koji se suočavaju s organizacijom razmjene podataka uz pomoć Interneta, primanjem podataka s satelita iz naselja na drugim planetima itd. Svi ovi podaci moraju biti pouzdano zaštićeni. A to se može organizirati uz pomoć tzv. Kvantnog zapleta.

Koja je kvantna veza? Za "lutke" objasniti ovu pojavu kao vezu različitih kvantnih karakteristika. I dalje postoji čak i kad su čestice međusobno razmaknute velike udaljenosti. Šifrirani i preneseni uz pomoć kvantnog upadanja, ključ neće pružiti vrijedne informacije provalnicima koji će ga pokušati presresti. Sve što dobiju su različiti brojevi, jer će stanje sustava, s vanjskom intervencijom, biti promijenjeno.

Ali nije bilo moguće stvoriti sustav prijenosa podataka širom svijeta, jer nekoliko desetaka kilometara signal je izblijedio. Sateliti pokrenuti 2016. pomoći će ostvariti shemu prijenosa kvantnog ključa preko udaljenosti od više od 7 tisuća kilometara.

Prvi uspješni pokušaji korištenja nove veze

Prvi protokol kvantne kriptografije dobiven je 1984. godine. Danas se ta tehnologija uspješno koristi u bankarskom sektoru. Poznate tvrtke nude kriptosustave koje su stvorili.

Kvantna komunikacijska linija provodi se na standardnom svjetlovodnom kabelu. U Rusiji, prvi zaštićeni kanal postavljen je između ureda Gazprombank u Novy Cheryomushki i Cow Wall. Ukupna duljina je 30,6 km, pri prijenosu ključa dolazi do pogrešaka, ali njihov je postotak minimalan - samo 5%.

Kina je pokrenula kvantni komunikacijski satelit

Prvi satelit ove vrste na svijetu pokrenut je u Kini. Pokrenuta je velika raketna ožujka-2D 16. kolovoza 2016 iz kozmodroma Tszyu-Quan. Satelit koji teži 600 kilograma letjet će 2 godine u sinkronoj orbiti sunca, 310 km (ili 500 km) visok kao dio programa "Kvantni eksperimenti na kozmičkoj skali". Razdoblje cirkulacije aparata oko Zemlje je jednako jedan i pol sati.

Satnik kvantne veze naziva se Micius, ili "Mo-Tzu", u čast filozofa koji je živio u 5. stoljeću poslije Krista. i, kako se obično vjeruje, prvi je vodio optičke eksperimente. Znanstvenici će proučiti mehanizam kvantnog uplitanja i ponašanja kvantna teleportacija između satelita i laboratorija u Tibetu.

Potonji prenosi kvantno stanje čestice na zadanu udaljenost. Za provedbu ovog procesa trebate par upletenih (drugim riječima, povezanih) čestica koje su udaljene jedna od druge. Prema kvantnoj fizici, oni mogu uhvatiti informacije o statusu partnera, čak i daleko od njih. To jest, moguće je utjecati na česticu koja je u dalekom kozmosu, koja utječe na svog partnera, koji je u blizini, u laboratoriju.

Satelit će stvoriti dva upletena fotona i poslati ih na Zemlju. Ako je iskustvo uspješno, to će označiti početak nove ere. Deseci takvih satelita ne samo da mogu osigurati široku raspodjelu kvantnog interneta, već i kvantnu komunikaciju u prostoru za buduća naselja na Marsu i na Mjesecu.

Zašto nam je potrebna takva satelita

Ali zašto nam je potreban kvantni komunikacijski satelit? Nije li dovoljno dovoljno postojećih konvencionalnih satelita? Činjenica je da ti sateliti neće zamijeniti konvencionalne. Princip kvantne komunikacije je kodiranje i zaštita postojećih konvencionalnih kanala za prijenos podataka. Sa svojom pomoći, primjerice, sigurnost je već osigurana tijekom parlamentarnih izbora 2007. u Švicarskoj.

Ne komercijalna organizacija za istraživanje Battelle Memorial Institute provodi razmjenu informacija između ureda u Sjedinjenim Državama (OH) i u Irskoj (Dublinu) koristeći kvantni zaplet. Njezino se načelo temelji na ponašanju fotona - elementarnih čestica svjetlosti. Pomoću njihove pomoći, informacije se kodiraju i šalju adresi. Teoretski, čak i najtočniji pokušaj intervencije ostavit će trag. Kvantni ključ će se odmah promijeniti, a pokušaj hakera dobit će besmisleni skup znakova. Stoga se svi podaci koji se prenose putem tih komunikacijskih kanala ne mogu presresti ili kopirati.

Satelit će pomoći znanstvenicima testirati raspodjelu ključa između zemaljskih stanica i samog satelita.

Kvantna komunikacija u Kini bit će realizirana zahvaljujući svjetlovodnim kabelima ukupne dužine od 2 tisuće kilometara i povezivanju 4 grada sa Šangaja u Peking. Niz fotona ne može se beskonačno prenositi, a što je veća udaljenost između postaja, veća je vjerojatnost da će informacije biti oštećene.

Nakon udaljenosti, signal blijedi i znanstvenici, kako bi održali ispravan prijenos informacija, trebate način ažuriranja signala nakon svakih 100 km. U kablovima to se postiže pomoću dokazanih čvorova u kojima se ključ analizira, kopira novim fotonima i nastavlja.

Malo povijesti

Godine 1984, Brassard J. sa Sveučilišta u Montrealu i Bennett C. iz IBM-a sugerirao je da se fotoni mogu koristiti u kriptografiji kako bi se dobio zaštićeni temeljni kanal. Predložili su jednostavnu shemu za kvantno preraspodjelu ključeva za šifriranje, nazvanu BB84.

Ovaj krug koristi kvantni kanal putem kojeg se informacije između dva korisnika prenose u obliku polariziranih kvantnih stanja. Slušatelj prisluškivanja može pokušati izmjeriti ove fotone, ali on to ne može učiniti, kao što je gore navedeno, bez narušavanja njih. Godine 1989. u IBM Research Centru Brassard i Bennett stvorili su prvi kvantni kriptografski sustav na svijetu.

Koji je kvantno-optički kriptografski sustav (KOKS)

Osnovne značajke COCS-a (brzina pogrešaka, brzina prijenosa podataka itd.) Određene su parametrima elemenata koji tvore kanal koji oblikuju, prenose i mjere kvantne stanja. Uobičajeno, COCS se sastoji od primanja i prijenosa dijelova koji su povezani pomoću kanala za prijenos.

• laseri;
• microlasers;
• svjetleće diode.

Za prijenos optičkih signala kao medija, koristite svjetlovodne LED diode kombinirane u kablovima različitih izvedbi.

Priroda tajnosti kvantnog vezanja

Prolazeći od signala u kojima je prenesena informacija kodirana impulsa s tisućama fotona, na signale u kojima jedan puls, u prosjeku, čini manje od jednog, dolazi do kvantnih zakona. Korištenje ovih zakona s klasičnom kriptografijom omogućava postizanje tajnosti.

Načelo nesigurnosti Heisenberg se koristi u kvantno-kriptografskim uređajima i zahvaljujući njemu svaki pokušaj promjena u kvantnom sustavu mijenja ga, a formiranje dobiveno takvim mjerenjem od strane prihvaćene strane odredi lažno.

Ima li kvantna kriptografija 100% jamstvo protiv hakiranja?

Teoretski daje, ali tehnička rješenja nisu posve pouzdana. Napadači su počeli koristiti lasersku zraku, kojom su slijepi kvantni detektori, nakon čega prestaju reagirati na kvantna svojstva fotona. Ponekad se koriste multi-fotonski izvori, a napadači mogu biti u mogućnosti preskočiti jedan od njih i izmjeriti identične.