Kvantinė fizika siūlo visiškai naują informacijos apsaugos būdą. Kam to reikia, ar dabar neįmanoma nutiesti saugaus ryšio kanalo? Žinoma, jūs galite. Tačiau kvantiniai kompiuteriai jau sukurti, o kai jie taps visur, šiuolaikiniai šifravimo algoritmai bus nenaudingi, nes šie galingi kompiuteriai galės juos nulaužti per sekundės dalį. Kvantinė komunikacija leidžia užšifruoti informaciją naudojant fotonus – elementarias daleles.
Tokie kompiuteriai, gavę prieigą prie kvantinio kanalo, vienaip ar kitaip pakeis realią fotonų būseną. Ir bandymas gauti informaciją ją sugadins. Informacijos perdavimo greitis, žinoma, yra mažesnis nei naudojant kitus šiuo metu egzistuojančius kanalus, pavyzdžiui, telefono ryšiu. Tačiau kvantinė komunikacija suteikia daug didesnį slaptumo lygį. Tai, žinoma, yra labai didelis pliusas. Ypač šiuolaikiniame pasaulyje, kur elektroninių nusik altimų daugėja kiekvieną dieną.
Kvantinė komunikacija manekenams
Kai balandžių paštą išstūmė telegrafas, savo ruožtu telegrafą išstūmė radijas. Žinoma, šiandien ji niekur nedingo, tačiau atsirado kitų modernių technologijų. Vos prieš dešimt metų internetas nebuvo toks plačiai paplitęs kaip šiandien, o prie jo prieiti buvo gana sunku – reikėdavo lankytis interneto klubuose, pirkti labai brangias korteles ir pan. Šiandien mes negyvename valandą be interneto, ir mes laukiame 5G.
Tačiau kitas naujas ryšio standartas neišspręs problemų, su kuriomis dabar susiduriama organizuojant duomenų mainus internetu, gaunant duomenis iš palydovų iš gyvenviečių kitose planetose ir pan. Visi šie duomenys turi būti saugiai apsaugoti. Ir tai galima organizuoti naudojant vadinamąjį kvantinį susipynimą.
Kas yra kvantinė jungtis? „Manekenams“šis reiškinys aiškinamas kaip skirtingų kvantinių charakteristikų ryšys. Jis išsaugomas net tada, kai dalelės viena nuo kitos yra atskirtos dideliu atstumu. Užšifruotas ir perduodamas naudojant kvantinį susipynimą, raktas nesuteiks jokios vertingos informacijos krekeriams, kurie bando jį perimti. Jie gaus tik kitus skaičius, nes su išoriniu įsikišimu sistemos būsena bus pakeista.
Bet pasaulinės duomenų perdavimo sistemos sukurti nepavyko, nes po kelių dešimčių kilometrų signalas išblėso. Palydovas, paleistas 2016 m., padės įgyvendinti kvantinio rakto perdavimo schemą daugiau nei 7 000 km atstumu.
Pirmieji sėkmingi bandymai naudoti naują ryšį
Pats pirmasis kvantinės kriptografijos protokolas buvo gautas 1984 m.d. Šiandien ši technologija sėkmingai naudojama bankų sektoriuje. Gerai žinomos įmonės siūlo savo sukurtas kriptosistemas.
Kvantinė ryšio linija yra nutiesta naudojant standartinį šviesolaidinį kabelį. Rusijoje buvo nutiestas pirmasis saugus kanalas tarp „Gazprombank“skyrių Novye Cheryomushki ir Korovy Val. Bendras ilgis 30,6 km, klaidos pasitaiko perduodant raktą, tačiau jų procentas minimalus – tik 5%.
Kinija paleido kvantinio ryšio palydovą
Kinijoje paleistas pirmasis pasaulyje toks palydovas. Raketa Long March-2D buvo paleista 2016 metų rugpjūčio 16 dieną iš Jiu Quan paleidimo aikštelės. 600 kg sveriantis palydovas 2 metus skris sinchronine saulės orbita, 310 mylių (arba 500 km) aukštyje pagal programą „Kvantiniai eksperimentai kosminiu mastu“. Prietaiso apsisukimo aplink Žemę laikotarpis yra pusantros valandos.
Kvantinis ryšių palydovas vadinamas Micius arba „Mo-Tzu“pagal filosofą, gyvenusį V amžiuje prieš Kristų. ir, kaip įprasta manyti, pirmasis, atlikęs optinius eksperimentus. Mokslininkai ketina ištirti kvantinio susipynimo mechanizmą ir atlikti kvantinę teleportaciją tarp palydovo ir laboratorijos Tibete.
Pastarasis perduoda dalelės kvantinę būseną tam tikru atstumu. Šiam procesui įgyvendinti reikalinga pora susipynusių (kitaip tariant, susietų) dalelių, esančių viena nuo kitos atstumu. Pagal kvantinę fiziką jie sugeba užfiksuoti informaciją apie partnerio būseną, net ir būdami toli vienas nuo kito. Tai yra, galite suteiktipoveikis dalelei, kuri yra gilioje erdvėje, paveikdama jos partnerį, kuris yra netoliese, laboratorijoje.
Palydovas sukurs du įsipainiojusius fotonus ir nusiųs juos į Žemę. Jei patirtis bus sėkminga, tai bus naujos eros pradžia. Dešimtys tokių palydovų galėtų ne tik užtikrinti visur esantį kvantinį internetą, bet ir kvantinius ryšius erdvėje būsimoms gyvenvietėms Marse ir Mėnulyje.
Kam mums reikalingi tokie palydovai
Bet kam net reikalingas kvantinio ryšio palydovas? Ar jau egzistuojančių įprastinių palydovų neužtenka? Faktas yra tas, kad šie palydovai nepakeis įprastų. Kvantinės komunikacijos principas yra užkoduoti ir apsaugoti esamus įprastinius duomenų perdavimo kanalus. Pavyzdžiui, su jo pagalba buvo užtikrintas saugumas jau per 2007 m. Šveicarijos parlamento rinkimus.
Battelle memorialinis institutas, pelno nesiekianti mokslinių tyrimų organizacija, keičiasi informacija tarp skyrių JAV (Ohajas) ir Airijoje (Dublinas), naudodama kvantinį susietumą. Jo principas pagrįstas fotonų – elementariųjų šviesos dalelių – elgesiu. Jų pagalba informacija užkoduojama ir siunčiama adresatui. Teoriškai net kruopščiausias bandymas trukdyti paliks pėdsaką. Kvantinis raktas pasikeis iš karto, o įsilaužėlis, bandęs įsilaužti, atsidurs beprasmiu simbolių rinkiniu. Todėl visų duomenų, kurie bus perduodami šiais ryšio kanalais, negalima perimti ar kopijuoti.
Palydovaspadės mokslininkams išbandyti raktų paskirstymą tarp antžeminių stočių ir paties palydovo.
Kvantinė komunikacija Kinijoje bus įgyvendinta šviesolaidinių kabelių, kurių bendras ilgis siekia 2 tūkst. km ir vienijančių 4 miestus nuo Šanchajaus iki Pekino, dėka. Fotonų serijos negali būti perduodamos neribotą laiką, ir kuo didesnis atstumas tarp stočių, tuo didesnė tikimybė, kad informacija bus sugadinta.
Po tam tikro atstumo signalas išnyksta, o mokslininkams reikia būdo atnaujinti signalą kas 100 km, kad būtų išlaikytas teisingas informacijos perdavimas. Kabeliuose tai pasiekiama naudojant patikrintus mazgus, kuriuose raktas analizuojamas, nukopijuojamas naujais fotonais ir juda toliau.
Šiek tiek istorijos
1984 m. Brassard J. iš Monrealio universiteto ir Bennet C. iš IBM pasiūlė, kad fotonai galėtų būti naudojami kriptografijoje, siekiant gauti saugų pagrindinį kanalą. Jie pasiūlė paprastą šifravimo raktų kvantinio perskirstymo schemą, kuri buvo pavadinta BB84.
Šioje schemoje naudojamas kvantinis kanalas, kuriuo informacija perduodama tarp dviejų vartotojų poliarizuotų kvantinių būsenų pavidalu. Pasiklausantis įsilaužėlis gali pabandyti išmatuoti šiuos fotonus, bet jis negali to padaryti, kaip minėta aukščiau, jų neiškraipydamas. 1989 m. IBM tyrimų centre Brassard ir Bennet sukūrė pirmąją pasaulyje veikiančią kvantinę kriptografinę sistemą.
Ką daro kvantinė optinėkriptografinė sistema (KOKS)
Pagrindines technines COKS charakteristikas (klaidų dažnį, duomenų perdavimo spartą ir kt.) lemia kanalą formuojančių elementų, kurie formuoja, perduoda ir matuoja kvantines būsenas, parametrai. Paprastai COKS sudaro priėmimo ir perdavimo dalys, kurios yra sujungtos perdavimo kanalu.
Spinduliacijos š altiniai skirstomi į 3 klases:
- lazeriai;
- mikrolazeriai;
- šviesos diodai.
Optiniams signalams perduoti kaip terpė naudojami šviesolaidiniai šviesos diodai, sujungti įvairių konstrukcijų kabeliuose.
Kvantinės komunikacijos slaptumo prigimtis
Pereinant nuo signalų, kuriuose perduodama informacija užkoduota impulsais su tūkstančiais fotonų, iki signalų, kurių vienam impulsui vidutiniškai yra mažiau nei vienas, pradeda veikti kvantiniai dėsniai. Būtent naudojant šiuos įstatymus su klasikine kriptografija pasiekiamas slaptumas.
Heizenbergo neapibrėžtumo principas naudojamas kvantiniuose kriptografiniuose įrenginiuose, todėl bet kokie bandymai pakeisti kvantinę sistemą pakeičia ją, o tokio matavimo susidarymą priimančioji šalis nustato kaip klaidingą.
Ar kvantinė kriptografija 100 % apsaugota nuo įsilaužimo?
Teoriškai taip, tačiau techniniai sprendimai nėra visiškai patikimi. Užpuolikai pradėjo naudoti lazerio spindulį, kuriuo apakino kvantinius detektorius, o po to nustoja reaguotikvantinės fotonų savybės. Kartais naudojami kelių fotonų š altiniai, o įsilaužėliai gali praleisti vieną iš jų ir išmatuoti identiškus.
