Квантова комуникация в действие - описание, характеристики и интересни факти

Квантовата физика предлага напълно нов начин за защита на информацията. Защо е необходимо, сега ли е невъзможно да се изгради сигурен комуникационен канал? Разбира се, можете. Но вече е създаден квантови компютри,

Такива компютри, които имат достъп до квантов канал, по някакъв начин ще променят сегашното състояние на фотоните. И опитвайки се да получи информация, ще го повреди. Скоростта на предаване на информация е, разбира се, по-ниска в сравнение с други съществуващи канали, например, с телефонна комуникация. Но квантовата комуникация осигурява много по-голяма тайна. Това, разбира се, е много голям плюс. Особено в съвременния свят, когато киберпрестъпността се разраства всеки ден.

Квантова връзка за "манекени"

След като пощенската поща беше заменена от телеграф, от своя страна телеграмата замести радиото. Разбира се, днес тя не е отишла никъде, но са се появили други съвременни технологии. Само преди едно десетилетие, в интернет не е широко разпространена, колкото са днес, и достъп до нея може да получи доста трудно - трябваше да отида до интернет клубове, за да купуват много скъпи карти и др Днес, ние не живеем на един час, и с нетърпение очакваме да безплатен интернет .. 5G.

Но след като новата комуникационна стандарта няма да реши проблемите сега пред организацията за обмен на данни в Интернет, да получава данни от спътниците на населените места на други планети, и така нататък .. Цялата тази информация трябва да бъде защитен. И може да се организира с помощта на така нареченото квантово заплитане.

Какво представлява квантовата връзка? За "манекени" обяснете това явление като връзка на различни квантови характеристики. Той се запазва дори когато частиците са разположени на разстояние една от друга на голямо разстояние. Криптиран и предаван с помощта на квантовото заплитане, ключът няма да предостави никаква ценна информация на крадците, които ще се опитат да го прихванат. Всичко, което получават, е различно, защото състоянието на системата, с външна интервенция, ще се промени.

Но не беше възможно да се създаде световна система за предаване на данни, тъй като няколко десетки километра сигналът избледняваше. Сателитът, стартиран през 2016 г., ще помогне за реализирането на схемата за прехвърляне на квантов ключ на разстояние над 7 хиляди километра.

Първите успешни опити за използване на новата връзка

Първият протокол за квантовата криптография е получен през 1984 г. Днес тази технология се използва успешно в банковия сектор. Известни компании предлагат криптосистеми, създадени от тях.

Квантовата комуникационна линия се осъществява на стандартен оптичен кабел. В Русия беше поставен първият защитена канал между офисите на "Газпромбанк" в "Нов Cheryomushki" и "Cow Wall". Общата дължина е 30,6 км, възникват грешки при прехвърлянето на ключа, но техният процент е минимален - само 5%.

Китай стартира квантов комуникационен спътник

Първият в света сателит от този вид бе пуснат в Китай. Дълги март-2D ракетата стартира 16 август 2016 от космодрум Tszyu-Quan. 600 кг спътник ще бъде 2-годишна възраст муха за слънце синхронна орбита, височината на 310 мили (или 500 km) в рамките на "квантови експерименти с космически мащаб." Периодът на циркулация на апарата около Земята е равен на час и половина.

Сателитът на квантовата връзка се нарича Микиус или "Мо-Цу", в чест на философа, който е живял през 5-ти век. и, както обикновено се смята, е първият, който провежда оптични експерименти. Учените ще проучат механизма на квантовото заплитане и поведение квантова телепортация между сателит и лаборатория в Тибет.

Последното прехвърля квантовото състояние на частицата на дадено разстояние. За да осъществите този процес, се нуждаете от двойка заплетени (с други думи, свързани) частици, които са на разстояние един от друг. Според квантовата физика, те са в състояние да уловят информация за статута на партньора, дори да са много отдалечени. Това означава, че е възможно да се въздейства върху частица, която е в далечен космос, която засяга нейния партньор, който е наблизо в лабораторията.

Сателитът ще създаде два заплетени фотони и ще ги изпрати на Земята. Ако опитът е успешен, това ще отбележи началото на нова ера. Десетки от тези спътници не само могат да осигурят широкото разпространение на квантовия интернет, но и квантовата комуникация в космоса за бъдещи населени места на Марс и Луната.

Защо се нуждаем от такива спътници

Но защо се нуждаем от квантов спътник за комуникация? Не достатъчно ли са съществуващите конвенционални спътници? Факт е, че тези сателити няма да заменят конвенционалните. Принципът на квантовата комуникация е кодирането и защитата на съществуващите конвенционални канали за предаване на данни. С помощта на него например вече беше осигурена сигурност по време на парламентарните избори през 2007 г. в Швейцария.

Нетърговската изследователска организация Battelle Memorial Institute провежда обмен на информация между офиси в Съединените щати (Охайо) и в Ирландия (Дъблин), използвайки квантовото заплитане. Неговият принцип се основава на поведението на фотоните - елементарните частици на светлината. С тяхна помощ информацията се кодира и изпраща на получателя. Теоретично, дори и най-точният опит за намеса ще остави следа. Квантовият ключ ще се промени незабавно и опитите на хакерите ще получат безсмислен набор от знаци. Следователно всички данни, които ще се предават чрез тези комуникационни канали, не могат да бъдат прихванати или копирани.

Сателитът ще помогне на учените да тестват разпределението на ключа между наземните станции и самия спътник.

Квантовата комуникация в Китай ще се осъществи благодарение на оптичните кабели с обща дължина 2 000 км и свързването на 4 града от Шанхай с Пекин. Поредица от фотони не могат да се предават безкрайно и колкото по-голямо е разстоянието между станциите, толкова по-голяма е вероятността информацията да бъде повредена.

След разстояние сигналът избледнява и учените, за да поддържат правилното предаване на информация, се нуждаят от начин за актуализиране на сигнала след всеки 100 км. При кабелите това се постига чрез използване на доказани възли, в които ключът се анализира, копира се от нови фотони и продължава.

Малко история

През 1984 г. Brassard J. от университета в Монреал и Бенет С. от IBM предложиха, че фотоните могат да бъдат използвани в криптографията, за да се получи защитен основен канал. Те предложиха една проста схема за квантовото преразпределение на криптиращите ключове, наречена BB84.

Тази схема използва квантов канал, чрез който се предава информация между двама потребители под формата на поляризирани квантови състояния. Един подслушвател, който ги слуша, може да опита да ги измери, но той не може да го направи, както е посочено по-горе, без да ги изкривява. През 1989 г. в IBM Research Center, Brassard и Bennett създадоха първата работеща квантова криптографска система в света.

Каква е квантово-оптичната криптографска система (KOKS)

Основните характеристики на COCS (процент на грешка, скорост на предаване на данни и т.н.) се определят от параметрите на каналноформиращите елементи, които формират, предават и измерват квантовите състояния. Обикновено COCS се състои от приемащи и предаващи части, които са свързани чрез предавателен канал.

• лазери;
• microlasers;
• диоди, излъчващи светлина.

За да предавате оптични сигнали като среда, използвайте оптични светодиоди, комбинирани в кабели с различен дизайн.

Естеството на тайната на квантовото свързване

Минавайки от сигнали, в които се предава информацията е кодирана импулси с хиляди фотони на сигналите, в които един импулс, средно, те имат по-малко от единство квантовите закони влязат в сила. Използването на тези закони с класическа криптография прави възможно постигането на тайна.

Принцип на несигурност Хайзенберг използва в квантовата-криптографски устройства и поради това, всякакви опити да се променят в квантовата система извършването на промени в него, и образуване резултат от такова измерване, приемащата страна се определя като фалшиви.

Има ли квантовата криптография 100% гаранция срещу хакерство?

Теоретично дава, но техническите решения не са напълно надеждни. Атакуващите започнаха да използват лазерен лъч, с който заслепяват квантовите детектори, след което престават да отговорят на квантовите свойства на фотоните. Понякога се използват многофонови източници, а атакуващите може да могат да пропуснат една от тях и да измерват идентични такива.