Komunikimi kuantik në veprim - përshkrimi, karakteristikat dhe faktet interesante

Fizika kuantike ofron një mënyrë krejtësisht të re të mbrojtjes së informacionit. Pse është e nevojshme, a është e pamundur tani të ndërtohet një kanal komunikimi i sigurt? Natyrisht, ju mundeni. Por kompjutera kuantike tashmë janë krijuar, dhe në momentin kur ato bëhen të përhapura kudo, algoritmet e enkriptimit modern do të jenë të padobishme, pasi këta kompjuterë të fuqishëm mund t'i plasojnë në një pjesë të sekondës. Komunikimi kuantik ju lejon të encrypt informacion duke përdorur fotone - grimcave elementare.

Kompjuterë të tillë, që kanë qasje në një kanal kuantik, do të ndryshojnë disi gjendjen aktuale të fotoneve. Dhe përpjekja për të marrë informacion do ta dëmtojë atë. Shpejtësia e transferimit të informacionit është sigurisht më e ulët, krahasuar me kanalet e tjera ekzistuese, për shembull, me komunikim telefonik. Por komunikimi kuantik siguron një nivel shumë më të madh sekreti. Kjo, sigurisht, është një plus shumë i madh. Veçanërisht në botën moderne, kur krimi kibernetik po rritet çdo ditë.

Lidhje kuantike për "dummies"

Sapo posta e pëllumbit u zëvendësua nga telegrafi, nga ana tjetër, telegrafi e shkëputi radioun. Natyrisht, është sot, nuk ka shkuar askund, por teknologji të tjera moderne janë shfaqur. Vetëm dhjetë vjet më parë, interneti nuk u shpërnda ashtu siç ishte sot dhe ishte e vështirë për të hyrë në të - ishte e nevojshme të shkosh në klube të Internetit, të blesh karta shumë të shtrenjta etj. Sot, pa internet, nuk jetojmë një orë dhe ne presim me të 5G.

Por standardi tjetër i ri i komunikimit nuk do të zgjidhë detyrat që po përballen me organizimin e shkëmbimit të të dhënave me ndihmën e internetit, marrjen e të dhënave nga satelitët nga vendbanimet në planetë të tjerë etj. Të gjitha këto të dhëna duhet të mbrohen me besueshmëri. Dhe mund të organizohet me ndihmën e të ashtuquajturit ngatërrim kuantik.

Çfarë është një lidhje kuantike? Për "dummies" shpjegojnë këtë fenomen si një lidhje e karakteristikave të ndryshme kuantike. Ajo vazhdon edhe kur grimcat janë spaced nga njëra-tjetra një distancë e madhe. Encrypted dhe transmetohet me ndihmën e ngatërresë kuantike, çelësi nuk do të japë ndonjë informacion të vlefshëm për sulmuesit që përpiqen për të kapur atë. Të gjitha ato që marrin janë numra të ndryshëm, pasi gjendja e sistemit, me ndërhyrje të jashtme, do të ndryshohet.

Por nuk ishte e mundur të krijohej një sistem i transmetimit të të dhënave në mbarë botën, pasi pas disa dhjetëra kilometrave sinjali u zhduk. Sateliti i nisur në vitin 2016 do të ndihmojë në realizimin e skemës së transferimit të kuanteve në distanca prej më shumë se 7 mijë km.

Përpjekjet e para të suksesshme për të përdorur lidhjen e re

Protokolli i parë i kriptografisë kuantike është marrë në vitin 1984. Sot kjo teknologji përdoret me sukses në sektorin bankar. Kompanitë e famshme ofrojnë kriptosisteme të krijuara prej tyre.

Linja e komunikimit kuantik kryhet në një kabllo optike optike. Në Rusi, kanali i parë i mbrojtur u hodh midis degëve të Gazprombank në Novye Cheryomushki dhe Murit të lopës. Gjatësia totale është 30.6 km, gabimet në transferimin e çelikut ndodhin, por përqindja e tyre është minimale - vetëm 5%.

Kina filloi një satelit të komunikimit kuantik

Sateliti i parë i këtij lloji në botë është nisur në Kinë. Raketa Long Mars-2D u nis më 16 gusht 2016 nga cosmodrome Tszyu-Quan. Një satelit me peshë 600 kg do të fluturojë për 2 vjet në një orbitë të sinkronizuar me diell, 310 km (ose 500 km) të lartë si pjesë e programit "Eksperimentet kuantike në një shkallë kozmike". Periudha e qarkullimit të aparatit rreth Tokës është e barabartë me një orë e gjysmë.

Sateliti i lidhjes kuantike quhet Micius, ose "Mo-Tzu", në nder të filozofit që jetonte në shekullin e 5 pas Krishtit. Dhe, siç besohet zakonisht, ishte i pari që kryente eksperimente optike. Shkencëtarët do të studiojnë mekanizmin e ngatërrimit kuantik dhe do të kryejnë teleportimin kuantik midis një sateliti dhe një laboratori në Tibet.

Ky i fundit transferon gjendjen kuantike të grimcave në një distancë të dhënë. Për të zbatuar këtë proces, keni nevojë për një çift grimcash të ngatërruar (me fjalë të tjera, të lidhura) që janë në distancë nga njëri-tjetri. Sipas fizikës kuantike, ata janë në gjendje të kapin informacion rreth statusit të një partneri, madje edhe duke qenë shumë larg. Kjo është, është e mundur për të ndikuar një grimcë që është në një kozmos të largët, duke ndikuar partnerin e saj, i cili është afër, në laborator.

Sateliti do të krijojë dy fotone të ngatërruar dhe do t'i dërgojë në Tokë. Nëse përvoja është e suksesshme, ajo do të shënojë fillimin e një epoke të re. Dhjetra satelitë të tillë jo vetëm që mund të sigurojnë përhapjen e gjerë të internetit kuantike, por edhe komunikimin kuantik në hapësirë për vendbanimet e ardhshme në Mars dhe në Hënë.

Pse kemi nevojë për satelitë të tillë

Por pse kemi nevojë për një satelit të komunikimit kuantik? A nuk mjafton satelitët ekzistues konvencionalë? Fakti është se këto satelitë nuk do të zëvendësojnë ato konvencionale. Parimi i komunikimit kuantik është kodimi dhe mbrojtja e kanaleve ekzistuese konvencionale të transmetimit të të dhënave. Me ndihmën e tij, për shembull, siguria tashmë ishte siguruar gjatë zgjedhjeve parlamentare të vitit 2007 në Zvicër.

Organizata kërkimore jo fitimprurëse Battelle Memorial Institute, kryen shkëmbimin e informacionit midis zyrave në Shtetet e Bashkuara (Shtet Ohio) dhe Irlandë (Dublin) duke përdorur ngatërresat kuantike. Parimi i tij bazohet në sjelljen e fotoneve - grimcave elementare të dritës. Me ndihmën e tyre, informacioni kodohet dhe dërgohet te adresuesi. Teorikisht, edhe përpjekja më e saktë në ndërhyrje do të lërë një gjurmë. Çelësi kuantik do të ndryshojë menjëherë, dhe përpjekja e hackerit do të marrë një set të pakuptimtë të karaktereve. Prandaj, të gjitha të dhënat që do të transmetohen përmes këtyre kanaleve të komunikimit nuk mund të interceptohen ose kopjohen.

Sateliti do të ndihmojë shkencëtarët të testojnë shpërndarjen e çelësit midis stacioneve tokësore dhe vetë satelitit.

Komunikimi kuantikal në Kinë do të realizohet në sajë të kabllove me fibra optike, me një gjatësi totale prej 2 mijë km dhe lidh 4 qytete nga Shangai në Pekin. Një seri e fotoneve nuk mund të transmetohet pafundësisht, dhe sa më e madhe distanca midis stacioneve, aq më e lartë është shansi që informacioni do të dëmtohet.

Pas kalimit të një distance, sinjali zbehet dhe shkencëtarët, për të ruajtur transmetimin korrekt të informacionit, kanë nevojë për një mënyrë për të rinovuar sinjalin pas çdo 100 km. Në kabllo, kjo arrihet duke përdorur nyjet e testuara në të cilat çelësi është analizuar, kopjuar nga fotone të reja dhe vazhdon.

Pak histori

Në vitin 1984, Brassard J. nga Universiteti i Montrealit dhe Bennett Ch. Nga IBM sugjeroi që fotonet mund të përdoren në kriptografi për të siguruar një kanal themelor të mbrojtur. Ata propozuan një skemë të thjeshtë për rishpërndarjen kuantike të çelësave të enkriptimit, që u quajt BB84.

Ky qark përdor një kanal kuantik, nëpërmjet të cilit transmetohet informacioni mes dy përdoruesve në formën e shteteve kuantike polarizuara. Një përgjigjës që i dëgjon ata mund të përpiqet të matë këto fotone, por ai nuk mund ta bëjë atë siç u tha më lart, pa i shtrembëruar ato. Në vitin 1989, në Qendrën Kërkimore të IBM-së, Brassard dhe Bennett krijuan sistemin e parë në botë të kriptografisë kuantike.

Cili është sistemi cryptographic quantum-optik (KOKS)

Karakteristikat themelore të COCS (norma e gabimit, shkalla e transferimit të të dhënave, etj.) Përcaktohen nga parametrat e elementeve formues të kanalit që gjenerojnë, transmetojnë dhe matin shtetet kuantike. Zakonisht, COCS përbëhet nga një pjesë marrëse dhe transmetuese që janë të lidhura me një kanal transmetimi.

Burimet e rrezatimit ndahen në 3 klasa:

• lazer;
• microlasers;
• Diodat emetuese të lehta.

Për të transmetuar sinjale optike si një medium, përdorni LEDs me fibra optike, të kombinuara në kabllo të dizajnit të ndryshëm.

Natyra e sekretit të lidhjes kuantike

Kalimi nga sinjale në të cilat informacioni i transmetuar është koduar nga impulse me mijëra fotone, ndaj sinjaleve në të cilat një impuls, mesatarisht, llogaritet për më pak se një, ligjet kuantike hyjnë në lojë. Është përdorimi i këtyre ligjeve me kriptografi klasike që bën të mundur arritjen e fshehtësisë.

Parimi i pasigurisë së Heisenberg përdoret në pajisjet kuant-kriptografike dhe në sajë të tij çdo përpjekje për ndryshim në sistemin kuantik bën ndryshime në të dhe formacioni i marrë si rezultat i një matje të tillë përcaktohet nga pala e pranuar si e rreme.

A kriptografia kuantike jep një garanci 100% ndaj hakerëve?

Teorikisht jep, por zgjidhjet teknike nuk janë plotësisht të besueshme. Sulmuesit filluan të përdorin një rreze lazer, me të cilën ata i verbojnë detektorët kuantikë, pas së cilës ata pushojnë së reaguar ndaj vetive kuantike të fotoneve. Ndonjëherë përdoren burime multi-fotoni, dhe krisurët mund të jenë në gjendje të kalojnë një prej tyre dhe të matin ato identike.