Kvantkommunikation i aktion - beskrivelse, funktioner og interessante fakta

Kvantfysik tilbyder en helt nyen måde at beskytte oplysninger på. Hvorfor er det nødvendigt, er det nu umuligt at opbygge en sikker kommunikationskanal? Selvfølgelig kan du. Men kvantecomputere er skabt, og det øjeblik, hvor de bliver allestedsnærværende, moderne krypteringsalgoritmer er ubrugelige, da disse kraftfulde computere kan knække dem på et splitsekund. Quantum kommunikation gør det muligt at kryptere oplysninger ved hjælp af fotoner - de fundamentale partikler.

Sådanne computere, der har adgang til kvantetkanal, på en eller anden måde ændre den nuværende tilstand af fotoner. Og forsøger at få oplysninger vil skade det. Informationsoverførselshastigheden er naturligvis lavere sammenlignet med andre eksisterende kanaler, for eksempel med telefonkommunikation. Men kvantekommunikation giver et meget større niveau af hemmeligholdelse. Dette er selvfølgelig et meget stort plus. Især i den moderne verden, når cyberkriminalitet vokser hver dag.

Kvantumbinding til "dummies"

Når duftens mail blev skubbet udtelegraf, til gengæld fjernede telegrafen radioen. Selvfølgelig er det i dag, det har ikke gået nogen steder, men andre moderne teknologier har dukket op. For bare ti år siden blev internettet ikke distribueret som det var i dag, og det var svært at få adgang til det - det var nødvendigt at gå til internetklubber, købe meget dyre kort osv. I dag uden internet lever vi ikke en time, og vi ser frem til det 5G.

Men den næste nye kommunikationsstandard vil ikke blive løstudfordringer nu står over for, at der foregår data ved hjælp af internettet, modtage data fra satellitterne af bosættelser på andre planeter, og så videre .. Alle disse oplysninger skal beskyttes. Og det kan organiseres ved hjælp af såkaldt quantum entanglement.

Hvad er en kvantebinding? For "dummies" forklares dette fænomen som en forbindelse af forskellige kvantegenskaber. Det vedvarer selv når partiklerne er adskilt fra hinanden en stor afstand. Krypteret og transmitteret ved hjælp af quantum entanglement, vil nøglen ikke give nogen værdifulde oplysninger til tyverne, som vil forsøge at opfange det. Alt de får, er forskellige tal, fordi systemets tilstand med ekstern intervention vil blive ændret.

Men for at oprette et verdensomspændende datatransmissionssystem er det ikkedet var muligt, fordi signalet efter et par tiental kilometer svigtede. Satellitten, der blev lanceret i 2016, vil bidrage til at realisere ordningen med kvantenøgleoverførsel over afstande på mere end 7000 km.

De første succesfulde forsøg på at bruge den nye forbindelse

Den allerførste protokol for kvantkryptografi blev opnået i 1984. I dag anvendes denne teknologi med succes i banksektoren. Berømte virksomheder tilbyder kryptosystemer skabt af dem.

Kvantumkommunikationslinjen udføres denstandard fiberoptisk kabel. I Russisk først sikker kanal blev det klemt inde mellem rum "Gazpromabanka" i New Cheryomushki og Cow aksel. Den samlede længde er 30,6 km, fejl i overførslen af ​​nøglen forekommer, men deres procentdel er minimal - kun 5%.

Kina lancerede en kvantkommunikations satellit

Verdens første satellit af denne art blev lanceret iKina. Long March-2D raket blev lanceret den 16. august 2016 fra cosmodrome Tszyu-Quan. En satellit med en vægt på 600 kg vil flyve i 2 år i en sol-synkron kredsløb, 310 km (eller 500 km) høj som en del af programmet "Kvantforsøg på kosmisk skala". Apparatets cirkulationstid omkring Jorden er lig med en og en halv time.

En kvantkommunikationssatellit kaldes Micius eller"Mo-Tzu", til ære for filosofen, der levede i det 5. århundrede e.Kr. og som det er almindeligt antaget, var den første til at udføre optiske forsøg. Forskere skal studere mekanismen for kvantindvinding og udføre kvanteteleportation mellem en satellit og et laboratorium i Tibet.

Sidstnævnte overfører partikeltilstanden til partiklen tilangivet afstand. For at gennemføre denne proces behøver du et par indviklede (med andre ord sammenknyttede) partikler, som ligger i afstand fra hinanden. Ifølge kvantefysik kan de fange information om status for en partner, selv om de er langt fra hinanden. Det vil sige, at det er muligt at påvirke en partikel, som ligger i en fjern kosmos, og påvirker sin partner, som er i nærheden, i laboratoriet.

Satellitten vil skabe to indviklede fotoner ogsend dem til jorden. Hvis erfaringen er vellykket, markerer den begyndelsen af ​​en ny æra. Snesevis af disse satellitter vil være i stand til ikke blot at give allestedsnærværende kvante internettet, men også kvante kommunikation i rummet til fremtidige bosættelser på Mars og på Månen.

Hvorfor har vi brug for sådanne satellitter

Men hvorfor har vi brug for en kvantkommunikationssatellit? Er ikke de eksisterende konventionelle satellitter nok? Faktum er, at disse satellitter ikke erstatter konventionelle. Princippet om kvantkommunikation er kodning og beskyttelse af eksisterende konventionelle datatransmissionskanaler. Med sin hjælp blev der f.eks. Sikret sikkerhed under parlamentsvalget i 2007 i Schweiz.

Non-profit forskningsorganisationBattelle Memorial Institute, udfører udvekslingen af ​​oplysninger mellem de kontorer i USA (Ohio) og i Irland (Dublin) ved hjælp af kvante entanglement. Dens princip er baseret på adfærd fotoner - de fundamentale partikler af lys. Med deres hjælp, er information kodet og sendt til destinationen. Teoretisk, selv de mest præcise forsøg på at blande sig, efterlade et mærke. Quantum ændring tager kraft straks, og hackeren forsøgte at modtage en meningsløs tegnsæt. Derfor vil alle data overføres via kommunikationskanaler, er det umuligt at aflytte eller kopiere.

Satellitten hjælper forskere med at teste fordelingen af ​​nøglen mellem jordstationer og selve satellitten.

Kvantumkommunikation i Kina vil blive realiserettakket være fiberoptiske kabler, en samlet længde på 2000 km og forbinder 4 byer fra Shanghai til Beijing. En serie fotoner kan ikke overføres uendeligt, og jo større afstanden mellem stationer er, desto større er chancen for, at oplysningerne vil blive beskadiget.

Efter at have passeret en afstand, falder signalet, ogforskere, for at opretholde den korrekte overførsel af information, har du brug for en måde at opdatere signalet på hver 100 km. I kabler opnås dette ved at anvende velprøvede noder, hvor nøglen analyseres, kopieres af nye fotoner og fortsætter.

Lidt historie

I 1984, Brassard J. fra University of Montreal og Bennett C. fra IBM foreslog, at fotoner kan bruges i kryptografi for at opnå en beskyttet grundlæggende kanal. De foreslog en simpel ordning for kvantfordeling af krypteringsnøgler, som blev kaldt BB84.

Denne ordning anvender en kvantekanal, ifølge hvilkenInformation mellem to brugere overføres i form af polariserede kvantetilstande. En eavesdropper, der lytter til dem, kan forsøge at måle disse fotoner, men han kan ikke gøre det som nævnt ovenfor uden at forvrænge dem. I 1989, ved IBM Research Center, skabte Brassard og Bennett verdens første arbejdskvantumkryptografiske system.

Hvad er det kvant-optiske kryptografiske system (KOKS)

De vigtigste tekniske egenskaber ved COX (koefficientfejl, at datahastigheden, etc.) bestemme parameteren kanaldannende elementer, som danner en sende- og målte kvantetilstande. Typisk KOKS består i at modtage og transmittere dele, som er forbundet transmissionskanal.

Kilder til stråling er opdelt i 3 klasser:

• lasere;
• microlasers;
• lysdioder.

For at transmittere optiske signaler som et medium, brug fiberoptiske LED'er kombineret i kabler af forskellig design.

Typen af ​​hemmeligholdelsen af ​​kvantebinding

Passerer fra signaler, hvori de transmitteresOplysninger kodes af pulser med tusindvis af fotoner, signalerer, som i gennemsnit tegner sig for mindre end en i en puls, kommer kvante love til spil. Det er brugen af ​​disse love med klassisk kryptografi, der gør det muligt at opnå hemmeligholdelse.

Heisenberg Usikkerhedsprincippet anvendesi kvantkryptografiske apparater, og takket være det gør ethvert forsøg på ændring i kvantesystemet ændringer i det, og den dannelse opnået som følge af en sådan måling bestemmes af den accepterede part som falsk.

Giver kvantkryptografi 100% garanti mod hacking?

Teoretisk giver, men tekniske løsninger er ikkemeget pålidelige. Hackere er begyndt anvendelse af en laserstråle, hvorved de blænder quantum detektorer, hvorefter de ophører med at svare kvanteegenskaber fotoner. Nogle gange bruges multi-foton kilder, og angriberne kan få mulighed for at passere en af ​​dem og måle identiske.