Kvantefysikk tilbyr en helt ny måte å beskytte informasjon på. Hvorfor trengs det, er det nå umulig å legge en sikker kommunikasjonskanal? Selvfølgelig kan du. Men kvantedatamaskiner er allerede opprettet, og i det øyeblikket de blir allestedsnærværende, vil moderne krypteringsalgoritmer være ubrukelige, siden disse kraftige datamaskinene vil kunne knekke dem på et brøkdel av et sekund. Kvantekommunikasjon lar deg kryptere informasjon ved hjelp av fotoner - elementærpartikler.
Slike datamaskiner, etter å ha fått tilgang til kvantekanalen, på en eller annen måte vil endre den virkelige tilstanden til fotoner. Og å prøve å få informasjon vil ødelegge den. Hastigheten på informasjonsoverføring er selvfølgelig lavere enn med andre eksisterende kanaler, for eksempel med telefonkommunikasjon. Men kvantekommunikasjon gir et mye større hemmelighold. Dette er selvfølgelig et veldig stort pluss. Spesielt i dagens verden hvor nettkriminalitet øker hver dag.
kvantekommunikasjon for dummies
Når dueposten ble erstattet av telegrafen, ble telegrafen i sin tur erstattet av radioen. Selvfølgelig, i dag har det ikke forsvunnet, men andre moderne teknologier har dukket opp. For bare ti år siden var ikke Internett så utbredt som det er i dag, og det var ganske vanskelig å få tilgang til det – man måtte gå på nettklubber, kjøpe veldig dyre kort osv. I dag lever vi ikke en time uten Internett, og vi ser frem til 5G.
Men den neste nye kommunikasjonsstandarden vil ikke løse problemene som nå står overfor organiseringen av datautveksling ved bruk av internett, mottak av data fra satellitter fra bosetninger på andre planeter osv. Alle disse dataene må beskyttes sikkert. Og dette kan organiseres ved hjelp av den såk alte kvanteforviklingen.
Hva er en kvantebinding? For "dummies" er dette fenomenet forklart som en sammenheng mellom forskjellige kvantekarakteristikker. Det er bevart selv når partiklene er adskilt fra hverandre med stor avstand. Kryptert og overført ved hjelp av kvanteforviklinger, vil nøkkelen ikke gi noen verdifull informasjon til kjeks som prøver å avskjære den. Alt de får er andre tall, ettersom tilstanden til systemet, med ekstern intervensjon, vil bli endret.
Men det var ikke mulig å lage et verdensomspennende dataoverføringssystem, for etter noen titalls kilometer bleknet signalet. Satellitten, som ble lansert i 2016, vil bidra til å implementere en kvantenøkkeloverføringsordning over avstander på mer enn 7000 km.
Første vellykkede forsøk på å bruke den nye tilkoblingen
Den aller første kvantekryptografiprotokollen ble oppnådd i 1984d. I dag er denne teknologien vellykket brukt i banksektoren. Kjente selskaper tilbyr kryptosystemer de har laget.
Kvantekommunikasjonslinjen utføres på en standard fiberoptisk kabel. I Russland ble den første sikre kanalen lagt mellom Gazprombank-filialer i Novye Cheryomushki og på Korovy Val. Den totale lengden er 30,6 km, feil oppstår under nøkkeloverføring, men prosentandelen er minimal - bare 5%.
Kina lanserer kvantekommunikasjonssatellitt
Verdens første slike satellitt ble skutt opp i Kina. Long March-2D-raketten ble skutt opp 16. august 2016 fra oppskytningsstedet Jiu Quan. En satellitt som veier 600 kg vil fly i 2 år i en solsynkron bane, 310 miles (eller 500 km) høy som en del av programmet "Quantum Experiments on a Cosmic Scale". Revolusjonsperioden for enheten rundt jorden er en og en halv time.
Kvantekommunikasjonssatellitten kalles Micius, eller "Mo-Tzu", etter en filosof som levde på 500-tallet e. Kr. og, som det er vanlig å tro, den første som utførte optiske eksperimenter. Forskere skal studere mekanismen for kvanteforviklinger og gjennomføre kvanteteleportering mellom en satellitt og et laboratorium i Tibet.
Sistnevnte overfører kvantetilstanden til partikkelen til en gitt avstand. For å implementere denne prosessen trengs et par sammenfiltrede (med andre ord sammenkoblede) partikler plassert i avstand fra hverandre. I følge kvantefysikken er de i stand til å fange informasjon om tilstanden til en partner, selv når de er langt fra hverandre. Det vil si at du kan giinnvirkning på en partikkel som befinner seg i det store rommet, og påvirker partneren, som er i nærheten, i laboratoriet.
Satellitten vil lage to sammenfiltrede fotoner og sende dem til jorden. Hvis opplevelsen er vellykket, vil den markere begynnelsen på en ny æra. Dusinvis av slike satellitter kunne ikke bare gi kvanteinternettets allestedsnærværende, men også kvantekommunikasjon i verdensrommet for fremtidige bosetninger på Mars og Månen.
Hvorfor trenger vi slike satellitter
Men hvorfor trenger du en kvantekommunikasjonssatellitt? Er ikke konvensjonelle satellitter som allerede eksisterer tilstrekkelig? Faktum er at disse satellittene ikke vil erstatte de vanlige. Prinsippet for kvantekommunikasjon er å kode og beskytte eksisterende konvensjonelle dataoverføringskanaler. Med dens hjelp ble det for eksempel allerede sørget for sikkerhet under parlamentsvalget i 2007 i Sveits.
The Battelle Memorial Institute, en non-profit forskningsorganisasjon, utveksler informasjon mellom kapitler i USA (Ohio) og Irland (Dublin) ved å bruke kvanteforviklinger. Prinsippet er basert på oppførselen til fotoner - elementære partikler av lys. Med deres hjelp blir informasjon kodet og sendt til adressaten. Teoretisk sett vil selv det mest forsiktige forsøket på forstyrrelser sette spor. Kvantenøkkelen endres umiddelbart, og en hackerforsøk vil ende opp med et meningsløst tegnsett. Derfor kan ikke all data som vil bli overført gjennom disse kommunikasjonskanalene bli fanget opp eller kopiert.
Satellittvil hjelpe forskere med å teste nøkkelfordeling mellom bakkestasjoner og selve satellitten.
Kvantekommunikasjon i Kina vil bli implementert takket være fiberoptiske kabler med en total lengde på 2 tusen km og som forener 4 byer fra Shanghai til Beijing. Serier med fotoner kan ikke overføres på ubestemt tid, og jo større avstand det er mellom stasjonene, desto større er sjansen for at informasjonen blir ødelagt.
Etter en viss avstand blekner signalet, og forskere trenger en måte å oppdatere signalet hver 100. km for å opprettholde riktig overføring av informasjon. I kabler oppnås dette gjennom velprøvde noder, hvor nøkkelen analyseres, kopieres av nye fotoner og går videre.
Litt av historien
I 1984 foreslo Brassard J. fra University of Montreal og Bennet C. fra IBM at fotoner kunne brukes i kryptografi for å oppnå en sikker fundamental kanal. De foreslo et enkelt opplegg for kvantedistribusjon av krypteringsnøkler, som ble k alt BB84.
Dette opplegget bruker en kvantekanal der informasjon overføres mellom to brukere i form av polariserte kvantetilstander. En avlyttingshacker kan prøve å måle disse fotonene, men han kan ikke gjøre det, som nevnt ovenfor, uten å forvrenge dem. I 1989, ved IBM Research Center, skapte Brassard og Bennet verdens første fungerende kvantekrypteringssystem.
Hva gjør en kvanteoptiskkryptografisk system (KOKS)
De viktigste tekniske egenskapene til COKS (feilhastighet, dataoverføringshastighet, etc.) bestemmes av parametrene til de kanaldannende elementene som danner, overfører og måler kvantetilstander. Vanligvis består COKS av å motta og sende deler, som er forbundet med en overføringskanal.
Strålekilder er delt inn i 3 klasser:
- lasere;
- mikrolasere;
- lysemitterende dioder.
For overføring av optiske signaler brukes fiberoptiske lysdioder som et medium, kombinert i kabler med ulike design.
Kvanekommunikasjonshemmelighetens natur
Å gå fra signaler der overført informasjon er kodet av pulser med tusenvis av fotoner til signaler der det i gjennomsnitt er mindre enn én per puls, spiller kvantelover inn. Det er bruken av disse lovene med klassisk kryptografi som oppnår hemmelighold.
Heisenberg-usikkerhetsprinsippet brukes i kvantekryptografiske enheter, og takket være det vil ethvert forsøk på å endre kvantesystemet gjøre endringer i det, og dannelsen som følge av en slik måling bestemmes av den mottakende parten som falsk.
Er kvantekryptografi 100 % hacksikker?
Teoretisk ja, men tekniske løsninger er ikke helt pålitelige. Angripere begynte å bruke en laserstråle, som de blindet kvantedetektorer med, hvoretter de slutter å svare påkvanteegenskaper til fotoner. Noen ganger brukes multifotonkilder, og hackere kan kanskje hoppe over en av dem og måle identiske.
