Fizica cuantică oferă o modalitate complet nouă de a proteja informațiile. De ce este nevoie, este acum imposibil să stabilim un canal de comunicare sigur? Sigur ca poti. Dar computerele cuantice au fost deja create, iar în momentul în care vor deveni omniprezente, algoritmii moderni de criptare vor fi inutili, deoarece aceste computere puternice le vor putea sparge într-o fracțiune de secundă. Comunicarea cuantică vă permite să criptați informații folosind fotoni - particule elementare.
Astfel de computere, având acces la canalul cuantic, într-un fel sau altul vor schimba starea reală a fotonilor. Și încercarea de a obține informații o va corupe. Viteza de transfer de informații este, desigur, mai mică decât cu alte canale existente în prezent, de exemplu, cu comunicațiile telefonice. Dar comunicarea cuantică oferă un nivel mult mai mare de secret. Acesta, desigur, este un avantaj foarte mare. Mai ales în lumea de astăzi, unde criminalitatea cibernetică este în creștere în fiecare zi.
Comunicare cuantică pentru manechin
Odată ce corespondența porumbeilor a fost înlocuită de telegraf, la rândul său, telegraful a fost înlocuit de radio. Desigur, astăzi nu a dispărut, dar au apărut și alte tehnologii moderne. Cu doar zece ani în urmă, internetul nu era la fel de răspândit ca astăzi și era destul de dificil să ai acces la el - trebuia să mergi la cluburi de internet, să cumperi carduri foarte scumpe etc. Astăzi, nu trăim un oră fără internet și așteptăm cu nerăbdare 5G.
Dar următorul nou standard de comunicare nu va rezolva problemele cu care se confruntă acum organizarea schimbului de date prin intermediul internetului, primirea de date de la sateliți de la așezări de pe alte planete etc. Toate aceste date trebuie protejate în siguranță. Și acest lucru poate fi organizat folosind așa-numita întanglement cuantic.
Ce este o legătură cuantică? Pentru „manichini” acest fenomen este explicat ca o conexiune a diferitelor caracteristici cuantice. Se păstrează chiar și atunci când particulele sunt separate unele de altele la o distanță mare. Criptată și transmisă folosind întanglement cuantic, cheia nu va oferi nicio informație valoroasă crackerilor care încearcă să o intercepteze. Tot ce vor primi sunt alte numere, deoarece starea sistemului, cu intervenție externă, va fi schimbată.
Dar nu a fost posibil să se creeze un sistem de transmisie de date la nivel mondial, deoarece după câteva zeci de kilometri semnalul s-a estompat. Satelitul, lansat în 2016, va ajuta la implementarea unei scheme cuantice de transfer a cheilor pe distanțe de peste 7.000 km.
Primele încercări reușite de a folosi noua conexiune
Primul protocol de criptografie cuantică a fost obținut în 1984d. Astăzi, această tehnologie este utilizată cu succes în sectorul bancar. Companii binecunoscute oferă criptosisteme pe care le-au creat.
Linia de comunicare cuantică se realizează pe un cablu standard de fibră optică. În Rusia, primul canal securizat a fost pus între filialele Gazprombank din Novye Cheryomushki și Korovy Val. Lungimea totală este de 30,6 km, apar erori în timpul transmiterii cheilor, dar procentul acestora este minim - doar 5%.
China lansează un satelit cuantic de comunicații
Primul astfel de satelit din lume a fost lansat în China. Racheta Long March-2D a fost lansată pe 16 august 2016 de la locul de lansare Jiu Quan. Un satelit care cântărește 600 kg va zbura timp de 2 ani pe o orbită sincronă cu soarele, la 310 mile (sau 500 km) înălțime, ca parte a programului „Experimente cuantice la scară cosmică”. Perioada de revoluție a dispozitivului în jurul Pământului este de o oră și jumătate.
Satelitul de comunicații cuantice se numește Micius, sau „Mo-Tzu”, după un filozof care a trăit în secolul al V-lea d. Hr. și, după cum se crede în mod obișnuit, primul care a efectuat experimente optice. Oamenii de știință urmează să studieze mecanismul încurcăturii cuantice și să efectueze teleportarea cuantică între un satelit și un laborator din Tibet.
Acesta din urmă transmite starea cuantică a particulei la o anumită distanță. Pentru a implementa acest proces, este nevoie de o pereche de particule încurcate (cu alte cuvinte, legate) situate la distanță unele de altele. Potrivit fizicii cuantice, ei sunt capabili să capteze informații despre starea unui partener, chiar și atunci când sunt departe unul de celăl alt. Adică poți oferiimpact asupra unei particule care se află în spațiul profund, afectând partenerul ei, care se află în apropiere, în laborator.
Satelitul va crea doi fotoni încâlciți și îi va trimite pe Pământ. Dacă experiența are succes, va marca începutul unei noi ere. Zeci de astfel de sateliți ar putea nu numai să ofere omniprezența internetului cuantic, ci și comunicații cuantice în spațiu pentru viitoare așezări pe Marte și Lună.
De ce avem nevoie de astfel de sateliți
Dar de ce ai nevoie chiar de un satelit de comunicații cuantice? Sateliții convenționali nu sunt deja suficienti? Cert este că acești sateliți nu îi vor înlocui pe cei obișnuiți. Principiul comunicării cuantice este de a codifica și proteja canalele convenționale de transmisie a datelor existente. Cu ajutorul acestuia, de exemplu, securitatea a fost deja asigurată în timpul alegerilor parlamentare din 2007 în Elveția.
The Battelle Memorial Institute, o organizație de cercetare non-profit, face schimb de informații între capitole din SUA (Ohio) și Irlanda (Dublin) folosind încrucișarea cuantică. Principiul său se bazează pe comportamentul fotonilor - particule elementare de lumină. Cu ajutorul lor, informațiile sunt codificate și trimise către destinatar. Teoretic, chiar și cea mai atentă încercare de interferență va lăsa un semn. Cheia cuantică se va schimba imediat și o încercare de hacker va avea un set de caractere fără sens. Prin urmare, toate datele care vor fi transmise prin aceste canale de comunicare nu pot fi interceptate sau copiate.
Satelitva ajuta oamenii de știință să testeze distribuția cheilor între stațiile terestre și satelitul însuși.
Comunicația cuantică în China va fi implementată datorită cablurilor de fibră optică cu o lungime totală de 2 mii de km și unind 4 orașe de la Shanghai la Beijing. Serii de fotoni nu pot fi transmise la infinit, iar cu cât distanța dintre stații este mai mare, cu atât este mai mare șansa ca informațiile să fie corupte.
După o anumită distanță, semnalul se estompează, iar oamenii de știință au nevoie de o modalitate de a actualiza semnalul la fiecare 100 km pentru a menține transmiterea corectă a informațiilor. În cabluri, acest lucru se realizează prin noduri dovedite, în care cheia este analizată, copiată de noi fotoni și trece mai departe.
Un pic de istorie
În 1984, Brassard J. de la Universitatea din Montreal și Bennet C. de la IBM au sugerat că fotonii ar putea fi utilizați în criptografie pentru a obține un canal fundamental sigur. Ei au propus o schemă simplă pentru redistribuirea cuantică a cheilor de criptare, care a fost numită BB84.
Această schemă folosește un canal cuantic prin care informațiile sunt transmise între doi utilizatori sub formă de stări cuantice polarizate. Un hacker care ascultă cu urechea ar putea încerca să măsoare acești fotoni, dar nu o poate face, așa cum am menționat mai sus, fără a-i distorsiona. În 1989, la Centrul de Cercetare IBM, Brassard și Bennet au creat primul sistem criptografic cuantic funcțional din lume.
Ce înseamnă o optică cuanticăsistem criptografic (KOKS)
Principalele caracteristici tehnice ale COKS (rata de eroare, rata de transfer de date etc.) sunt determinate de parametrii elementelor formatoare de canal care formează, transmit și măsoară stările cuantice. De obicei, COKS constă în recepția și transmiterea pieselor, care sunt conectate printr-un canal de transmisie.
Sursele de radiații sunt împărțite în 3 clase:
- lasere;
- microlasere;
- diode emițătoare de lumină.
Pentru transmiterea semnalelor optice, LED-urile cu fibră optică sunt folosite ca mediu, combinate în cabluri de diferite modele.
Natura secretului comunicării cuantice
Trecând de la semnale în care informațiile transmise sunt codificate prin impulsuri cu mii de fotoni la semnale în care, în medie, există mai puțin de unul pe impuls, intră în joc legile cuantice. Utilizarea acestor legi cu criptografia clasică este cea care realizează secretul.
Principiul de incertitudine Heisenberg este folosit în dispozitivele criptografice cuantice și datorită acestuia, orice încercare de a schimba sistemul cuantic îi aduce modificări, iar formarea rezultată dintr-o astfel de măsurare este determinată de partea care primește ca fiind falsă.
Este criptografia cuantică 100% rezistentă la piratare?
Teoretic da, dar soluțiile tehnice nu sunt pe deplin de încredere. Atacatorii au început să folosească un fascicul laser, cu care orbesc detectoarele cuantice, după care nu mai răspund laproprietățile cuantice ale fotonilor. Uneori sunt folosite surse cu mai mulți fotoni, iar hackerii pot să omite una dintre ele și să le măsoare pe cele identice.
