Kvanttifysiikka tarjoaa täysin uuden tavan suojata tietoa. Miksi sitä tarvitaan, onko nyt mahdotonta rakentaa suojattua viestintäkanavaa? Voit tietysti. Mutta kvanttitietokoneita on jo luotu, ja sillä hetkellä, kun niistä tulee kaikkialla, nykyaikaiset salausalgoritmit ovat hyödyttömiä, koska nämä tehokkaat tietokoneet pystyvät murtamaan ne sekunnin murto-osassa. Kvanttiviestintä mahdollistaa tiedon salaamisen fotoneilla - alkuainehiukkasilla.
Tällaiset tietokoneet, saatuaan pääsyn kvanttikanavaan, muuttavat tavalla tai toisella fotonien todellista tilaa. Ja tiedon hankkiminen turmelee sen. Tiedonsiirron nopeus on luonnollisesti pienempi kuin muilla tällä hetkellä olemassa olevilla kanavilla, esimerkiksi puhelinliikenteessä. Mutta kvanttiviestintä tarjoaa paljon suuremman salassapitotason. Tämä on tietysti erittäin iso plussa. Varsinkin nykymaailmassa, jossa tietoverkkorikollisuus lisääntyy joka päivä.
Kvanttiviestintä nukkeille
Kun lennätin syrjäytti kyyhkysenpostin, radio puolestaan syrjäytti lennätin. Nykyään se ei tietenkään ole kadonnut, mutta muita moderneja tekniikoita on ilmestynyt. Vielä kymmenen vuotta sitten Internet ei ollut niin laajalle levinnyt kuin nykyään, ja siihen oli melko vaikea saada pääsy - piti käydä Internet-kerhoissa, ostaa erittäin kalliita kortteja jne. Nykyään emme elä tunnin ilman Internetiä, ja odotamme innolla 5G:tä.
Mutta seuraava uusi viestintästandardi ei ratkaise ongelmia, joita nyt kohtaavat Internetin kautta tapahtuvan tiedonvaihdon järjestämisessä, tietojen vastaanottamisessa satelliiteilta muiden planeettojen asutuksista jne. Kaikki nämä tiedot on suojattava turvallisesti. Ja tämä voidaan järjestää käyttämällä niin sanottua kvanttiketuilua.
Mikä on kvanttisidos? "Nukeille" tämä ilmiö selitetään erilaisten kvanttiominaisuuksien yhteydeksi. Se säilyy, vaikka hiukkaset olisivat kaukana toisistaan. Salattu ja kvanttisekoituksella lähetetty avain ei anna mitään arvokasta tietoa krakkareille, jotka yrittävät siepata sen. He saavat vain muita numeroita, koska järjestelmän tila muuttuu ulkoisen toiminnan myötä.
Mutta ei ollut mahdollista luoda maailmanlaajuista tiedonsiirtojärjestelmää, koska muutaman kymmenen kilometrin jälkeen signaali hiipui. Vuonna 2016 laukaistu satelliitti auttaa toteuttamaan kvanttiavaimen siirtojärjestelmän yli 7 000 kilometrin etäisyyksillä.
Ensimmäiset onnistuneet yritykset käyttää uutta yhteyttä
Ensimmäinen kvanttisalausprotokolla hankittiin vuonna 1984d. Nykyään tätä tekniikkaa käytetään menestyksekkäästi pankkialalla. Tunnetut yritykset tarjoavat luomiaan kryptojärjestelmiä.
Kvanttiviestintälinja suoritetaan tavallisella valokuitukaapelilla. Venäjällä avattiin ensimmäinen suojattu kanava Gazprombankin Novye Cheryomushkin ja Korovy Valin konttoreiden välille. Kokonaispituus on 30,6 km, virheitä tapahtuu avaimen lähetyksen aikana, mutta niiden prosenttiosuus on minimaalinen - vain 5%.
Kiina laukaisee kvanttiviestintäsatelliitin
Maailman ensimmäinen tällainen satelliitti laukaistiin Kiinassa. Long March-2D -raketti laukaistiin 16. elokuuta 2016 Jiu Quanin laukaisupaik alta. 600 kg painava satelliitti lentää 2 vuotta auringon synkronisella kiertoradalla, 310 mailin (tai 500 km) korkeudessa osana "Kvanttikokeita kosmisessa mittakaavassa" -ohjelmaa. Laitteen kiertoaika Maan ympäri on puolitoista tuntia.
Kvanttiviestintäsatelliitti on nimeltään Micius tai "Mo-Tzu" 500-luvulla jKr. eläneen filosofin mukaan. ja, kuten yleisesti uskotaan, ensimmäinen, joka suoritti optisia kokeita. Tiedemiehet aikovat tutkia kvanttikettumismekanismia ja toteuttaa kvanttiteleportaatiota satelliitin ja laboratorion välillä Tiibetissä.
Jälkimmäinen välittää hiukkasen kvanttitilan tietylle etäisyydelle. Tämän prosessin toteuttamiseksi tarvitaan pari kietoutunutta (toisin sanoen linkitettyä) hiukkasta, jotka sijaitsevat etäisyyden päässä toisistaan. Kvanttifysiikan mukaan he pystyvät kaappaamaan tietoa kumppanin tilasta, vaikka he olisivat kaukana toisistaan. Eli voit tarjotavaikutus hiukkaseen, joka on syvässä avaruudessa, vaikuttaa sen kumppaniin, joka on lähellä, laboratoriossa.
Satelliitti luo kaksi sotkeutunutta fotonia ja lähettää ne Maahan. Jos kokemus onnistuu, se merkitsee uuden aikakauden alkua. Kymmenet tällaiset satelliitit voisivat tarjota kvantti-Internetin arjen lisäksi myös kvanttiviestinnän avaruudessa tulevia siirtokuntia varten Marsiin ja Kuuhun.
Mihin me tarvitsemme sellaisia satelliitteja
Mutta miksi edes tarvitaan kvanttiviestintäsatelliittia? Eivätkö jo olemassa olevat perinteiset satelliitit riitä? Tosiasia on, että nämä satelliitit eivät korvaa tavallisia. Kvanttiviestinnän periaate on koodata ja suojata olemassa olevia tavanomaisia tiedonsiirtokanavia. Sen avulla turvattiin esimerkiksi Sveitsissä jo vuoden 2007 parlamenttivaalien aikana.
Battelle Memorial Institute, voittoa tavoittelematon tutkimusorganisaatio, vaihtaa tietoja Yhdysv altojen (Ohio) ja Irlannin (Dublin) osastojen välillä käyttämällä kvanttisekoitusta. Sen periaate perustuu fotonien - valon alkuainehiukkasten - käyttäytymiseen. Niiden avulla tiedot koodataan ja lähetetään vastaanottajalle. Teoreettisesti varovaisinkin häiriöyritys jättää jäljen. Kvanttiavain muuttuu välittömästi, ja hakkeriyritys päätyy merkityksettömään merkistöön. Siksi kaikkea näiden viestintäkanavien kautta lähetettävää dataa ei voida siepata tai kopioida.
Satelliittiauttaa tutkijoita testaamaan avainten jakautumista maa-asemien ja itse satelliitin välillä.
Kvanttiviestintä Kiinassa toteutetaan valokuitukaapeleiden ansiosta, joiden kokonaispituus on 2 tuhatta km ja jotka yhdistävät 4 kaupunkia Shanghaista Pekingiin. Fotonisarjoja ei voida lähettää loputtomiin, ja mitä suurempi etäisyys asemien välillä on, sitä suurempi on mahdollisuus, että tiedot vioituvat.
Tietyn etäisyyden jälkeen signaali haalistuu, ja tiedemiehet tarvitsevat tavan päivittää signaali 100 km:n välein, jotta tiedonsiirto pysyy oikeanlaisena. Kaapeleissa tämä saavutetaan todistettujen solmujen kautta, joissa avain analysoidaan, kopioidaan uusilla fotoneilla ja siirtyy eteenpäin.
Hieman historiaa
Vuonna 1984 Brassard J. Montrealin yliopistosta ja Bennet C. IBM:stä ehdottivat, että fotoneja voitaisiin käyttää kryptografiassa suojatun peruskanavan saamiseksi. He ehdottivat yksinkertaista menetelmää salausavainten kvanttiuudelleenjakelulle, jota kutsuttiin BB84:ksi.
Tämä menetelmä käyttää kvanttikanavaa, jonka kautta informaatiota siirretään kahden käyttäjän välillä polarisoituneiden kvanttitilojen muodossa. Salakuuntelu hakkeri saattaa yrittää mitata näitä fotoneja, mutta hän ei voi tehdä sitä, kuten edellä mainittiin, vääristämättä niitä. Vuonna 1989 Brassard ja Bennet loivat IBM:n tutkimuskeskuksessa maailman ensimmäisen toimivan kvanttisalausjärjestelmän.
Mitä kvanttioptinen tekeesalausjärjestelmä (KOKS)
COKS:n tärkeimmät tekniset ominaisuudet (virhetaajuus, tiedonsiirtonopeus jne.) määräytyvät kvanttitiloja muodostavien, lähettävien ja mittaavien kanavan muodostavien elementtien parametrien mukaan. Yleensä COKS koostuu vastaanotto- ja lähetysosista, jotka on yhdistetty lähetyskanavalla.
Säteilylähteet on jaettu 3 luokkaan:
- laserit;
- mikrolaserit;
- valoa emittoivat diodit.
Optisten signaalien siirtoon käytetään kuituoptisia LED-valoja, jotka on yhdistetty erityyppisiin kaapeleihin.
Kvanttiviestinnän salaisuuden luonne
Kvanttilait tulevat voimaan signaaleista, joissa lähetetty informaatio on koodattu tuhansien fotonien pulsseilla, signaaleihin, joissa pulssia kohti on keskimäärin vähemmän kuin yksi. Salassapito saavutetaan käyttämällä näitä lakeja klassisen kryptografian kanssa.
Heisenbergin epävarmuusperiaatetta käytetään kvanttisalauslaitteissa ja sen ansiosta kaikki yritykset muuttaa kvanttijärjestelmää tekevät siihen muutoksia, ja vastaanottava osapuoli määrittelee tällaisesta mittauksesta johtuvan muodostuksen vääräksi.
Onko kvanttisalaus 100 % hakkerointikestävä?
Teoriassa kyllä, mutta tekniset ratkaisut eivät ole täysin luotettavia. Hyökkääjät alkoivat käyttää lasersädettä, jolla he sokaisivat kvanttidetektorit, minkä jälkeen he lakkaavat reagoimastafotonien kvanttiominaisuudet. Joskus käytetään usean fotonin lähteitä, ja hakkerit saattavat pystyä ohittamaan yhden niistä ja mittaamaan identtisiä lähteitä.
