Kvantová komunikace v akci - popis, rysy a zajímavosti

Kvantová fyzika nabízí zcela nový způsob ochrany informací. Proč je potřeba, je nyní nemožné vybudovat bezpečný komunikační kanál? Samozřejmě, můžete. Ale již vytvořeno kvantové počítače,

Takové počítače, které mají přístup k kvantovému kanálu, nějak změní současný stav fotonů. A snaží se získat informace, tím ji poškodí. Rychlost přenosu informací je samozřejmě nižší než u jiných existujících kanálů, například telefonní komunikace. Ale kvantová komunikace poskytuje mnohem větší úroveň utajení. To samozřejmě je velkým plusem. Zvláště v moderním světě, kdy kyberkriminalita narůstá každý den.

Kvantová vazba pro "figuríny"

Jakmile byla poštovní zásilka nahrazena telegrafem, dál telegraf nahradil rádio. Samozřejmě, že je dnes, nikde nikde nechodilo, ale objevily se i jiné moderní technologie. Jen před deseti lety byl internet není rozšířený, jako jsou dnes, a přístup k ní by mohlo být docela těžké - musel jít do internetových klubů, koupit velmi drahé karty, atd, dnes nežijeme jedinou hodinu, a těšíme se na bezplatné připojení k internetu .. 5G.

Ale jakmile nový komunikační standard nebude řešit problémy, kterým čelí nyní organizuje výměnu dat s využitím internetu, přijímat data ze satelitů z osad na jiných planetách, a tak dále .. Všechny tyto informace musí být chráněny. A může být organizována pomocí tzv. Kvantového zapletení.

Co je to kvantová vazba? Pro "figuríny" tento fenomén vysvětluje jako spojení různých kvantových vlastností. Přetrvává i tehdy, když jsou částice vzdáleny od sebe velkou vzdálenost. Zašifrovány a přenášeny pomocí kvantového zapletení, klíč neposkytuje žádným hodnotným informacím zloději, kteří se ho pokusí zachytit. Jediné, co dostanou, jsou různá čísla, protože stav systému s vnějším zásahem se změní.

Nebylo však možné vytvořit celosvětový systém přenosu dat, protože několik desítek kilometrů se signál vytratil. Družice zahájená v roce 2016 pomůže realizovat plán přenosu kvantového klíče na vzdálenosti více než 7 tisíc km.

První úspěšné pokusy o použití nového připojení

První proces kvantové kryptografie byl získán v roce 1984. Dnes je tato technologie úspěšně používána v bankovním sektoru. Slavné společnosti nabízejí kryptosystémy, které vytvořili.

Kvantová komunikační linka se provádí na standardním optickém kabelu. V Rusku byl umístěn první chráněný kanál mezi kancelářemi Gazprombank v Novy Cheryomushki a Cow Wall. Celková délka je 30,6 km, dochází k chybám při přenosu klíče, ale jejich procento je minimální - pouze 5%.

Čína zahájila kvantový komunikační satelit

První světová družice tohoto druhu byla vypuštěna v Číně. Dlouho března-2D raketa spuštěna 16. srpna 2016 z kosmodromu Tszyu-Quan. Satelit o hmotnosti 600 kg bude létat 2 roky na sluneční synchronní oběžné dráze, která je vysoká 310 km (nebo 500 km) v rámci programu "Kvantové experimenty v kosmickém měřítku". Doba oběhu přístroje kolem Země se rovná jedné a půl hodině.

Satelit kvantové vazby se nazývá Micius nebo "Mo-Tzu" na počest filozofa, který žil v 5. století nl. a jak se běžně domníváme, jako první provádí optické experimenty. Vědci budou studovat mechanismus kvantového zapletení a chování kvantová teleportace mezi družicí a laboratoří v Tibetu.

Druhý způsob přenáší kvantový stav částice na danou vzdálenost. Abyste tento proces provedli, potřebujete dvojici zapletených částic, které jsou navzájem od sebe vzdáleny. Podle kvantové fyziky jsou schopni zachytit informace o stavu partnera, a to dokonce i daleko od sebe. To znamená, že je možné ovlivnit částici, která je ve vzdáleném vesmíru, ovlivňovat v laboratoři svého blízkého partnera.

Satelit vytvoří dva zapletené fotony a pošle je na Zemi. Pokud je zkušenost úspěšná, bude znamenat začátek nové éry. Desítky takových satelitů mohou nejen zajistit rozsáhlé šíření kvantového internetu, ale také kvantovou komunikaci v prostoru pro budoucí osídlení na Marsu a na Měsíci.

Proč potřebujeme takové družice

Ale proč potřebujeme kvantovou komunikační družici? Neexistují dosud stávající konvenční satelity? Faktem je, že tyto satelity nenahradí konvenční. Principem kvantové komunikace je kódování a ochrana stávajících konvenčních datových přenosových kanálů. S jeho pomocí například byla zajištěna jistota během parlamentních voleb v roce 2007 ve Švýcarsku.

Neobchodní výzkumná organizace Battelle Memorial Institute provádí výměnu informací mezi kancelářemi ve Spojených státech (Ohio) a v Irsku (Dublin) pomocí kvantového zapletení. Jeho princip je založen na chování fotonů - elementárních částic světla. S jejich pomocí jsou informace kódovány a zasílány adresátovi. Teoreticky dokonce i nejpřesnější pokus o zásah zanechá stopu. Kvantové klíče se okamžitě změní a pokus o hacker bude mít bezvýznamnou sadu znaků. Proto nebudou všechna data, která budou přenášena prostřednictvím těchto komunikačních kanálů, zachycena nebo zkopírována.

Satelit pomůže vědcům testovat distribuci klíčů mezi pozemními stanicemi a samotnou satelitní stanicí.

Kvantová komunikace v Číně bude realizována díky kabelům s optickými vlákny o celkové délce 2 tisíc km a propojením 4 měst od Šanghaje do Pekingu. Řada fotonů nemůže být přenášena nekonečně a čím větší je vzdálenost mezi stanicemi, tím větší je pravděpodobnost, že budou informace poškozeny.

Po určité vzdálenosti se signál ztlumí a vědci, aby se udržel správný přenos informací, potřebujete způsob, jak aktualizovat signál po každých 100 km. U kabelů je to dosaženo použitím ověřených uzlů, ve kterých je klíč analyzován, kopírován novými fotony a pokračuje.

Trochu historie

V roce 1984 Brassard J. z University of Montreal a Bennett C. of IBM navrhli, aby fotony mohly být použity v kryptografii pro získání chráněného základního kanálu. Navrhovali jednoduchou schématu pro kvantovou redistribuci šifrovacích klíčů, která se nazývala BB84.

Tento obvod používá kvantový kanál, kterým se přenášejí informace mezi dvěma uživateli ve formě polarizovaných kvantových stavů. Posluchač, který je naslouchá, se může pokusit měřit tyto fotony, ale nedokáže to udělat, jak bylo uvedeno výše, aniž by je narušovalo. V roce 1989 ve výzkumném centru IBM Brassard a Bennett vytvořili první pracovní kvantový kryptografický systém na světě.

Jaký je kvantově-optický kryptografický systém (KOKS)

Základní charakteristiky COCS (míra chyb, rychlost přenosu dat atd.) Jsou určeny parametry kanálových prvků, které tvoří, vysílají a měří kvantové stavy. COCS se obvykle skládá z přijímacích a vysílacích částí, které jsou propojeny přenosovým kanálem.

• lasery;
• mikrolasery;
• světelné diody.

Chcete-li vysílat optické signály jako médium, použijte LED optická vlákna kombinovaná v kabelech různých provedení.

Povaha utajení kvantové vazby

Přechází ze signálů, v nichž jsou přenášené informace zakódovány impulsy s tisíci fotony, na signály, v nichž jeden impuls v průměru představuje méně než jeden, vstupují do hry kvantové zákony. To je použití těchto zákonů s klasickou kryptografií, která umožňuje dosáhnout tajnosti.

Zásada nejistoty Heisenberg použitý v kvantově kryptografický zařízení a kvůli tomu, všechny pokusy o změnu v kvantového systému při provádění změn, a tvorba vyplývající z takového měření, přijímací strana je určena jako falešný.

Má kvantová kryptografie 100% záruku proti hackování?

Teoreticky to dává, ale technická řešení nejsou zcela spolehlivá. Útočníci začali používat laserový paprsek, s nímž slepí kvantové detektory, po kterém přestanou reagovat na kvantové vlastnosti fotonů. Někdy se používají multifotonové zdroje a útočníci mohou vynechat jednu z nich a měřit stejné.