Comunicarea cuantică în acțiune - descriere, caracteristici și fapte interesante

Fizica cuantică oferă un mod complet nou de protejare a informațiilor. De ce este nevoie, acum este imposibil să construim un canal de comunicare securizat? Desigur, puteți. Dar deja creat cu calculatoarele cuantice,

Astfel de computere, care au acces la un canal cuantic, vor modifica cumva starea actuală de fotoni. Încercarea de a obține informații îi va deteriora. Viteza transferului de informații este, desigur, mai scăzută, în comparație cu alte canale existente, de exemplu, cu comunicarea prin telefon. Dar comunicarea cuantică oferă un nivel mult mai mare de secret. Acest lucru, desigur, este un plus foarte mare. Mai ales în lumea modernă, când criminalitatea informatică crește în fiecare zi.

Legătura cuantică pentru "manechine"

Odată ce poșta de poștă a fost înlocuită de telegraf, la rândul său, telegraful a înlocuit radioul. Desigur, este astăzi, nu a plecat nicăieri, dar au apărut și alte tehnologii moderne. Doar un deceniu în urmă, Internetul nu a fost răspândită ca astăzi, iar accesul la ea ar putea obține destul de dificil - a trebuit să meargă la cluburi de internet, pentru a cumpăra cărți foarte scumpe, etc Astăzi, noi nu trăim o singură oră, și aștept cu nerăbdare la Internet gratuit .. 5G.

Dar, odată ce noul standard de comunicare nu va rezolva problemele cu care se confruntă în prezent organizarea schimbului de date cu ajutorul Internetului, a primi date de la sateliții de așezări de pe alte planete, și așa mai departe .. Toate aceste informații trebuie să fie protejate. Și poate fi organizată cu ajutorul așa-numitei entuziasme cuantice.

Ce este o legătură cuantică? Pentru "manechine" explicați acest fenomen ca o conexiune a diferitelor caracteristici cuantice. Aceasta persistă chiar și atunci când particulele sunt distanțate unele de altele de o distanță mare. Criptați și transmiși cu ajutorul entanglementării cuantice, cheia nu va furniza nici o informație valoroasă spărgătorilor care vor încerca să o intercepteze. Tot ce primesc sunt numere diferite, deoarece starea sistemului, cu intervenția externă, va fi schimbată.

Dar nu a fost posibil să se creeze un sistem de transmisie a datelor la nivel mondial, deoarece câțiva zeci de kilometri semnalul a dispărut. Satelitul lansat în 2016 va contribui la realizarea schemei de transfer de chei cuantice pe distanțe mai mari de 7 mii km.

Primele încercări de succes de a utiliza noua conexiune

Primul protocol de criptografie cuantică a fost obținut în 1984. Astăzi această tehnologie este utilizată cu succes în sectorul bancar. Companiile celebre oferă criptosistemele create de ele.

Linia de comunicare cuantică se realizează pe un cablu standard cu fibră optică. În Rusia, primul canal protejat a fost pus între birourile Gazprombank din Novy Cheryomushki și Wall of Cow. Lungimea totală este de 30,6 km, au loc erori la transferul cheii, dar procentul lor este minim - doar 5%.

China a lansat un satelit de comunicare cuantic

Primul satelit de acest tip din lume a fost lansat în China. A fost lansată o rachetă lungă de 2 martie 16 august 2016 de la cosmodromul Tszyu-Quan. Un satelit care cântărește 600 kg va zbura timp de 2 ani pe o orbită sincronă la soare, înaltă de 310 km (sau 500 km), ca parte a programului "Experimentele cuantice la scară cosmică". Perioada de circulație a aparatului în jurul Pământului este egală cu o oră și jumătate.

Satelitul legăturii cuantice se numește Micius sau "Mo-Tzu", în cinstea filosofului care a trăit în secolul al V-lea. și, după cum se crede de obicei, a fost primul care a efectuat experimente optice. Oamenii de știință vor studia mecanismul de entanglementare și comportament cuantic cu teleportare cuantică între un satelit și un laborator din Tibet.

Acesta din urmă transferă starea cuantică a particulei la o anumită distanță. Pentru a implementa acest proces, aveți nevoie de o pereche de particule încurcate (adică legate) care se află la o distanță una de cealaltă. Potrivit fizicii cuantice, ei sunt capabili să surprindă informații despre statutul unui partener, chiar dacă sunt departe. Adică este posibil să influențezi o particulă care se află într-un cosmos îndepărtat, afectând partenerul său, care se află în apropiere, în laborator.

Satelitul va crea doi fotoni încurcați și îi va trimite pe Pământ. Dacă experiența are succes, va marca începutul unei noi ere. Zeci de astfel de sateliți nu numai că asigură difuzarea pe scară largă a Internetului cuantic, dar și comunicarea cuantică în spațiu pentru așezările viitoare de pe Marte și pe Lună.

De ce avem nevoie de astfel de sateliți

Dar de ce avem nevoie de un satelit de comunicare cuantică? Nu este suficient sateliții convenționali existenți? Faptul este că acești sateliți nu vor înlocui pe cei convenționali. Principiul comunicării cuantice este codarea și protecția canalelor convenționale de transmitere a datelor. Cu ajutorul său, de exemplu, securitatea a fost deja asigurată în timpul alegerilor parlamentare din 2007 din Elveția.

Organizația de cercetare non-comercială Battelle Memorial Institute, efectuează schimbul de informații între birourile din Statele Unite (Ohio) și în Irlanda (Dublin) folosind entuziasmul cuantic. Principiul său se bazează pe comportamentul fotonilor - particule elementare de lumină. Cu ajutorul lor, informațiile sunt codificate și trimise destinatarului. Teoretic, chiar și cea mai precisă încercare de intervenție va lăsa o urmă. Cheia cuantică se va schimba imediat, iar încercarea hackerului va primi 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.

Satelitul va ajuta oamenii de știință să testeze distribuția cheii între stațiile de sol și satelitul în sine.

Comunicarea cuantică în China va fi realizată datorită cablurilor cu fibră optică cu o lungime totală de 2 mii km și care va conecta 4 orașe de la Shanghai la Beijing. O serie de fotoni nu pot fi transmise infinit, iar cu cât este mai mare distanța dintre stații, cu atât mai mare este șansa ca informațiile să fie deteriorate.

După o distanță, semnalul se estompează și oamenii de știință, pentru a menține transmiterea corectă a informațiilor, aveți nevoie de o modalitate de a actualiza semnalul după fiecare 100 km. În cabluri, acest lucru este realizat prin utilizarea unor noduri dovedite, în care cheia este analizată, copiată de noi fotoni și continuă.

Un pic de istorie

În 1984, Brassard J. de la Universitatea din Montreal și Bennett C. din IBM au sugerat că fotonii pot fi utilizați în criptografie pentru a obține un canal fundamental protejat. Ei au propus o schemă simplă pentru redistribuirea cuantică a cheilor de criptare, numită BB84.

Acest circuit utilizează un canal cuantic prin care se transmite o informație între doi utilizatori sub formă de stări polarizate cuantice. Un ascultător care le ascultă poate încerca să măsoare acești fotoni, dar nu poate să o facă, așa cum sa menționat mai sus, fără a le distorsiona. În 1989, la Centrul de Cercetare IBM, Brassard și Bennett au creat primul sistem criptografic de lucru din lume.

Care este sistemul criptografic optic cuantic (KOKS)

Caracteristicile de bază ale COCS (rata de eroare, rata de transfer a datelor etc.) sunt determinate de parametrii elementelor care formează canalul care formează, transmit și măsoară stările cuantice. De obicei, COCS constă dintr-o piesă de recepție și de transmisie care este conectată printr-un canal de transmisie.

• lasere;
• microlasere;
• diode emițătoare de lumină.

Pentru a transmite semnalele optice ca mediu, utilizați LED-uri cu fibră optică, combinate în cabluri cu design diferit.

Natura secretului legării cuantice

Trecerea de la semnale în care informațiile transmise sunt codificate impulsuri cu mii de fotoni la semnalele în care un singur impuls, în medie, ei au mai puțin de legile cuantice unitate devin efective. Este utilizarea acestor legi pentru criptografia clasică permite să ajungă la intimitate.

Principiul incertitudinii Heisenberg utilizate în dispozitivele cuantice criptografice și din cauza aceasta, orice încercare de a schimba în sistemul cuantic face modificări la ea și formarea rezultată dintr-o astfel de măsurare, partea receptoare este determinată ca un fals.

Are criptografia cuantică o garanție de 100% împotriva hacking-ului?

Teoretic dă, însă soluțiile tehnice nu sunt complet fiabile. Atacatorii au început să utilizeze un fascicul laser, cu care orbesc detectoarele cuantice, după care încetă să reacționeze la proprietățile cuantice ale fotonilor. Uneori sunt folosite surse cu mai multe fotoni, iar atacatorii ar putea să ignore una dintre ele și să măsoare pe acelea identice.