Kvantfysik erbjuder ett helt nytt sätt att skydda information. Varför behövs det, är det nu omöjligt att lägga en säker kommunikationskanal? Såklart du kan. Men kvantdatorer har redan skapats, och i det ögonblick de blir allestädes närvarande kommer moderna krypteringsalgoritmer att vara värdelösa, eftersom dessa kraftfulla datorer kommer att kunna knäcka dem på en bråkdel av en sekund. Kvantkommunikation låter dig kryptera information med hjälp av fotoner - elementarpartiklar.
Sådana datorer, efter att ha fått tillgång till kvantkanalen, på ett eller annat sätt kommer att förändra fotonernas verkliga tillstånd. Och att försöka få information kommer att korrumpera den. Hastigheten på informationsöverföringen är naturligtvis lägre än med andra idag befintliga kanaler, till exempel med telefonkommunikation. Men kvantkommunikation ger en mycket högre nivå av sekretess. Detta är naturligtvis ett mycket stort plus. Särskilt i dagens värld där cyberbrottsligheten ökar varje dag.
Quantum communication for dummies
När duvposten ersattes av telegrafen, ersattes telegrafen i sin tur av radion. Naturligtvis har det idag inte försvunnit, men andra moderna tekniker har dykt upp. För bara tio år sedan var internet inte lika utbrett som det är idag, och det var ganska svårt att få tillgång till det – man var tvungen att gå på internetklubbar, köpa väldigt dyra kort etc. Idag lever vi inte ett timme utan internet, och vi ser fram emot 5G.
Men nästa nya kommunikationsstandard kommer inte att lösa de problem som nu står inför organisationen av datautbyte med hjälp av Internet, mottagning av data från satelliter från bosättningar på andra planeter, etc. All denna data måste skyddas på ett säkert sätt. Och detta kan organiseras med den så kallade kvantentanglementen.
Vad är en kvantbindning? För "dummies" förklaras detta fenomen som ett samband mellan olika kvantegenskaper. Det bevaras även när partiklarna är separerade från varandra med ett stort avstånd. Krypterad och överförd med hjälp av kvantentanglement kommer nyckeln inte att ge någon värdefull information till kex som försöker fånga upp den. Allt de kommer att få är andra siffror, eftersom systemets tillstånd, med extern inblandning, kommer att ändras.
Men det gick inte att skapa ett världsomspännande dataöverföringssystem, eftersom signalen bleknade efter några tiotals kilometer. Satelliten, som lanserades 2016, kommer att hjälpa till att implementera ett system för kvantnyckelöverföring över avstånd på mer än 7 000 km.
Första framgångsrika försök att använda den nya anslutningen
Det allra första kvantkryptografiprotokollet erhölls 1984d. Idag används denna teknik framgångsrikt inom banksektorn. Välkända företag erbjuder kryptosystem som de har skapat.
Kvantkommunikationslinjen utförs på en vanlig fiberoptisk kabel. I Ryssland lades den första säkra kanalen mellan Gazprombanks filialer i Novye Cheryomushki och på Korovy Val. Den totala längden är 30,6 km, fel uppstår under nyckelöverföring, men deras andel är minimal - endast 5%.
Kina lanserar kvantkommunikationssatellit
Världens första sådan satellit lanserades i Kina. Long March-2D-raketen sköts upp den 16 augusti 2016 från uppskjutningsplatsen för Jiu Quan. En satellit som väger 600 kg kommer att flyga i 2 år i en solsynkron bana, 310 miles (eller 500 km) hög som en del av programmet "Quantum Experiments on a Cosmic Scale". Rotationsperioden för enheten runt jorden är en och en halv timme.
Kvantkommunikationssatelliten kallas Micius, eller "Mo-Tzu", efter en filosof som levde på 500-talet e. Kr. och, som man brukar tro, den första att utföra optiska experiment. Forskare kommer att studera mekanismen för kvantintrassling och utföra kvantteleportation mellan en satellit och ett laboratorium i Tibet.
Den senare överför partikelns kvanttillstånd till ett givet avstånd. För att implementera denna process behövs ett par intrasslade (med andra ord sammanlänkade) partiklar placerade på avstånd från varandra. Enligt kvantfysiken kan de fånga information om tillståndet hos en partner, även när de är långt ifrån varandra. Det vill säga du kan tillhandahållapåverkan på en partikel som befinner sig i rymden, vilket påverkar dess partner, som är i närheten, i laboratoriet.
Satelliten kommer att skapa två intrasslade fotoner och skicka dem till jorden. Om upplevelsen blir framgångsrik kommer den att markera början på en ny era. Dussintals sådana satelliter skulle inte bara kunna tillhandahålla kvantinternets överallt, utan också kvantkommunikation i rymden för framtida bosättningar på Mars och månen.
Varför behöver vi sådana satelliter
Men varför ens behöva en kvantkommunikationssatellit? Räcker det inte med konventionella satelliter som redan finns? Faktum är att dessa satelliter inte kommer att ersätta de vanliga. Principen för kvantkommunikation är att koda och skydda befintliga konventionella dataöverföringskanaler. Med dess hjälp tillhandahölls till exempel säkerhet redan under parlamentsvalet 2007 i Schweiz.
The Battelle Memorial Institute, en ideell forskningsorganisation, utbyter information mellan avdelningar i USA (Ohio) och Irland (Dublin) med hjälp av kvantintrassling. Dess princip är baserad på beteendet hos fotoner - elementära ljuspartiklar. Med deras hjälp kodas informationen och skickas till adressaten. Teoretiskt sett kommer även det mest försiktiga försöket till störning att lämna ett spår. Kvantnyckeln kommer att ändras omedelbart, och en hackerförsök kommer att få en meningslös teckenuppsättning. Därför kan all data som kommer att överföras via dessa kommunikationskanaler inte fångas upp eller kopieras.
Satellitkommer att hjälpa forskare att testa nyckeldistribution mellan markstationer och själva satelliten.
Kvantkommunikation i Kina kommer att implementeras tack vare fiberoptiska kablar med en total längd på 2 tusen km och som förenar 4 städer från Shanghai till Peking. Serier av fotoner kan inte sändas på obestämd tid, och ju större avståndet är mellan stationerna, desto större är chansen att informationen kommer att skadas.
Efter ett visst avstånd bleknar signalen, och forskare behöver ett sätt att uppdatera signalen var 100:e km för att upprätthålla korrekt överföring av information. I kablar uppnås detta genom beprövade noder, där nyckeln analyseras, kopieras av nya fotoner och går vidare.
Lite historia
1984 föreslog Brassard J. från University of Montreal och Bennet C. från IBM att fotoner kunde användas i kryptografi för att få en säker fundamental kanal. De föreslog ett enkelt schema för kvantomfördelning av krypteringsnycklar, som kallades BB84.
Detta schema använder en kvantkanal genom vilken information sänds mellan två användare i form av polariserade kvanttillstånd. En avlyssnande hacker kanske försöker mäta dessa fotoner, men han kan inte göra det, som nämnts ovan, utan att förvränga dem. 1989, vid IBM Research Center, skapade Brassard och Bennet världens första fungerande kvantkrypteringssystem.
Vad gör en kvantoptikkryptografiskt system (KOKS)
De huvudsakliga tekniska egenskaperna hos COKS (felfrekvens, dataöverföringshastighet, etc.) bestäms av parametrarna för de kanalbildande elementen som bildar, överför och mäter kvanttillstånd. Vanligtvis består COKS av mottagande och sändande delar, som är sammankopplade med en sändningskanal.
Strålningskällor är indelade i 3 klasser:
- lasrar;
- mikrolaser;
- ljusemitterande dioder.
För överföring av optiska signaler används fiberoptiska lysdioder som medium, kombinerade i kablar av olika design.
Kantkommunikationshemlighetens natur
Om man går från signaler där sänd information kodas av pulser med tusentals fotoner till signaler där det i genomsnitt finns mindre än en per puls, kvantlagar spelar in. Det är användningen av dessa lagar med klassisk kryptografi som uppnår sekretess.
Heisenbergs osäkerhetsprincip används i kvantkrypteringsanordningar och tack vare den gör alla försök att ändra kvantsystemet ändringar i det, och formationen som blir resultatet av en sådan mätning bestäms av den mottagande parten som falsk.
Är kvantkryptografi 100 % hacksäker?
Teoretiskt sett ja, men tekniska lösningar är inte helt tillförlitliga. Angripare började använda en laserstråle, med vilken de blinda kvantdetektorer, varefter de slutar svara påfotoners kvantegenskaper. Ibland används multifotonkällor, och hackare kanske kan hoppa över en av dem och mäta identiska.
