Kvantu fizika piedāvā pilnīgi jaunu informācijas aizsardzības veidu. Kāpēc tas ir vajadzīgs, vai tagad nav iespējams izveidot drošu sakaru kanālu? Protams tu vari. Bet kvantu datori jau ir izveidoti, un brīdī, kad tie kļūs visuresoši, mūsdienu šifrēšanas algoritmi būs bezjēdzīgi, jo šie jaudīgie datori spēs tos uzlauzt sekundes daļā. Kvantu komunikācija ļauj šifrēt informāciju, izmantojot fotonus - elementārdaļiņas.
Šādi datori, ieguvuši pieeju kvantu kanālam, tā vai citādi mainīs fotonu reālo stāvokli. Un mēģinājums iegūt informāciju to sabojās. Informācijas pārraides ātrums, protams, ir mazāks nekā citiem šobrīd esošajiem kanāliem, piemēram, ar telefona sakariem. Bet kvantu komunikācija nodrošina daudz lielāku slepenības līmeni. Tas, protams, ir ļoti liels pluss. Īpaši mūsdienu pasaulē, kur kibernoziedzība katru dienu pieaug.
Kvantu komunikācija manekeniem
Kad baložu pastu aizstāja telegrāfs, savukārt telegrāfu nostāja radio. Protams, šodien tas nav pazudis, bet ir parādījušās citas modernās tehnoloģijas. Vēl pirms desmit gadiem internets nebija tik plaši izplatīts kā šodien, un tam bija diezgan grūti piekļūt - bija jāiet uz interneta klubiem, jāpērk ļoti dārgas kartes utt. Mūsdienās mēs nedzīvojam stundu bez interneta, un mēs ar nepacietību gaidām 5G.
Bet nākamais jaunais sakaru standarts neatrisinās problēmas, ar kurām tagad saskaras datu apmaiņas organizēšana, izmantojot internetu, datu saņemšana no satelītiem no apmetnēm uz citām planētām utt. Visiem šiem datiem jābūt droši aizsargātiem. Un to var organizēt, izmantojot tā saukto kvantu sapīšanu.
Kas ir kvantu saite? "Manekeniem" šī parādība tiek skaidrota kā dažādu kvantu raksturlielumu savienojums. Tas tiek saglabāts pat tad, ja daļiņas ir atdalītas viena no otras ar lielu attālumu. Šifrēta un pārsūtīta, izmantojot kvantu sapīšanu, atslēga nesniegs nekādu vērtīgu informāciju krekeriem, kuri mēģina to pārtvert. Viņi saņems tikai citus skaitļus, jo sistēmas stāvoklis ar ārēju iejaukšanos tiks mainīts.
Bet nebija iespējams izveidot vispasaules datu pārraides sistēmu, jo pēc dažiem desmitiem kilometru signāls pazuda. Satelīts, kas palaists 2016. gadā, palīdzēs ieviest kvantu atslēgas pārsūtīšanas shēmu attālumos, kas pārsniedz 7000 km.
Pirmie veiksmīgie mēģinājumi izmantot jauno savienojumu
Pats pirmais kvantu kriptogrāfijas protokols tika iegūts 1984. gadād) Šodien šī tehnoloģija tiek veiksmīgi izmantota banku sektorā. Pazīstami uzņēmumi piedāvā kriptosistēmas, ko paši radījuši.
Kvantu sakaru līnija tiek veikta, izmantojot standarta optiskās šķiedras kabeli. Krievijā tika izveidots pirmais drošais kanāls starp Gazprombank filiālēm Novye Cheryomushki un Korovy Val. Kopējais garums ir 30,6 km, kļūdas rodas atslēgas pārraides laikā, taču to procentuālais daudzums ir minimāls - tikai 5%.
Ķīna palaiž kvantu sakaru pavadoni
Ķīnā tika palaists pasaulē pirmais šāds satelīts. Raķete Long March-2D tika palaista 2016. gada 16. augustā no Jiu Quan palaišanas vietas. Programmas "Kvantu eksperimenti kosmiskā mērogā" ietvaros satelīts, kas sver 600 kg, 2 gadus lidos saules sinhronā orbītā 310 jūdžu (jeb 500 km) augstumā. Ierīces apgriezienu periods ap Zemi ir pusotra stunda.
Kvantu sakaru pavadonis tiek saukts par Miciusu jeb "Mo-Tzu" pēc filozofa, kurš dzīvoja mūsu ēras 5. gadsimtā. un, kā parasti tiek uzskatīts, pirmais, kas veica optiskos eksperimentus. Zinātnieki gatavojas pētīt kvantu sapīšanās mehānismu un veikt kvantu teleportāciju starp satelītu un laboratoriju Tibetā.
Pēdējais pārraida daļiņas kvantu stāvokli noteiktā attālumā. Lai īstenotu šo procesu, ir nepieciešams pāris sapinušies (citiem vārdiem sakot, saistīti) daļiņas, kas atrodas attālumā viena no otras. Saskaņā ar kvantu fiziku viņi spēj uztvert informāciju par partnera stāvokli, pat ja viņi atrodas tālu viens no otra. Tas ir, jūs varat nodrošinātietekme uz daļiņu, kas atrodas dziļā kosmosā, ietekmējot tās partneri, kurš atrodas tuvumā, laboratorijā.
Satelīts radīs divus sapinušies fotonus un nosūtīs tos uz Zemi. Ja pieredze būs veiksmīga, tā iezīmēs jaunas ēras sākumu. Desmitiem šādu satelītu varētu ne tikai nodrošināt kvantu interneta visuresamību, bet arī kvantu sakarus kosmosā turpmākām apmetnēm uz Marsa un Mēness.
Kāpēc mums vajadzīgi šādi satelīti
Bet kāpēc vispār vajadzīgs kvantu sakaru satelīts? Vai ar jau esošiem parastajiem satelītiem nepietiek? Fakts ir tāds, ka šie satelīti neaizstās parastos. Kvantu komunikācijas princips ir šifrēt un aizsargāt esošos parastos datu pārraides kanālus. Ar tās palīdzību, piemēram, apsardze tika nodrošināta jau 2007. gada parlamenta vēlēšanu laikā Šveicē.
Battelle Memorial Institute, bezpeļņas pētniecības organizācija, apmainās ar informāciju starp nodaļām ASV (Ohaio štatā) un Īrijā (Dublina), izmantojot kvantu sapīšanās. Tās princips ir balstīts uz fotonu - gaismas elementārdaļiņu - uzvedību. Ar viņu palīdzību informācija tiek kodēta un nosūtīta adresātam. Teorētiski pat visrūpīgākais iejaukšanās mēģinājums atstās pēdas. Kvantu atslēga nekavējoties mainīsies, un urķa mēģinājums beigsies ar bezjēdzīgu rakstzīmju kopu. Tāpēc visus datus, kas tiks pārsūtīti pa šiem sakaru kanāliem, nevar pārtvert vai kopēt.
Satelītspalīdzēs zinātniekiem pārbaudīt atslēgu sadalījumu starp zemes stacijām un pašu satelītu.
Kvantu komunikācija Ķīnā tiks īstenota, pateicoties optisko šķiedru kabeļiem ar kopējo garumu 2 tūkstoši km un kas apvieno 4 pilsētas no Šanhajas līdz Pekinai. Fotonu sērijas nevar pārraidīt bezgalīgi, un jo lielāks attālums starp stacijām, jo lielāka iespēja, ka informācija tiks bojāta.
Pēc noteikta attāluma signāls izzūd, un zinātniekiem ir nepieciešams veids, kā atjaunināt signālu ik pēc 100 km, lai nodrošinātu pareizu informācijas pārraidi. Kabeļos tas tiek panākts, izmantojot pārbaudītus mezglus, kur atslēga tiek analizēta, kopēta ar jauniem fotoniem un virzās tālāk.
Mazliet vēstures
1984. gadā Brasards J. no Monreālas Universitātes un Bennets C. no IBM ierosināja, ka fotonus varētu izmantot kriptogrāfijā, lai iegūtu drošu pamata kanālu. Viņi ierosināja vienkāršu shēmu šifrēšanas atslēgu kvantu pārdalīšanai, ko sauca par BB84.
Šajā shēmā tiek izmantots kvantu kanāls, caur kuru informācija tiek pārraidīta starp diviem lietotājiem polarizētu kvantu stāvokļu veidā. Noklausījies hakeris varētu mēģināt izmērīt šos fotonus, taču viņš nevar to izdarīt, kā minēts iepriekš, tos neizkropļojot. 1989. gadā IBM pētniecības centrā Brassard un Bennet izveidoja pasaulē pirmo strādājošo kvantu kriptogrāfijas sistēmu.
Ko dara kvantu optiskaiskriptogrāfijas sistēma (KOKS)
COKS galvenos tehniskos raksturlielumus (kļūdu biežumu, datu pārraides ātrumu utt.) nosaka kanālu veidojošo elementu parametri, kas veido, pārraida un mēra kvantu stāvokļus. Parasti COKS sastāv no uztveršanas un pārraidīšanas daļām, kuras ir savienotas ar pārraides kanālu.
Radiācijas avoti ir sadalīti 3 klasēs:
- lāzeri;
- mikrolāzeri;
- gaismas diodes.
Optisko signālu pārraidei kā vide tiek izmantotas optiskās šķiedras gaismas diodes, kas apvienotas dažāda dizaina kabeļos.
Kvantu komunikācijas noslēpuma raksturs
Pārejot no signāliem, kuros pārraidītā informācija tiek kodēta ar impulsiem ar tūkstošiem fotonu, līdz signāliem, kuros vidēji impulsu ir mazāk par vienu impulsu, stājas spēkā kvantu likumi. Šo likumu izmantošana ar klasisko kriptogrāfiju nodrošina slepenību.
Heizenberga nenoteiktības princips tiek izmantots kvantu kriptogrāfijas ierīcēs, un, pateicoties tam, jebkuri mēģinājumi mainīt kvantu sistēmu rada tajā izmaiņas, un šāda mērījuma rezultātā radušos veidojumu saņēmēja puse nosaka kā nepatiesu.
Vai kvantu kriptogrāfija ir 100% droša pret uzlaušanu?
Teorētiski jā, bet tehniskie risinājumi nav līdz galam uzticami. Uzbrucēji sāka izmantot lāzera staru, ar kuru aizklāj kvantu detektorus, pēc tam pārstāj reaģēt uzfotonu kvantu īpašības. Dažreiz tiek izmantoti vairāku fotonu avoti, un hakeri var izlaist vienu no tiem un izmērīt identiskus avotus.
