Komunikasi kuantum ing tumindak - gambaran, fitur lan kanyatan menarik

Fisika kuantum nawakake cara sing anyar kanggo nglindhungi informasi. Apa perlu, ora mungkin kanggo mbangun saluran komunikasi sing aman saiki? Mesthi, sampeyan bisa. Nanging komputer kuantum wis digawé, lan nalika saiki dadi akeh nyebar ing ngendi-endi, algoritma enkripsi modern bakal ora ana guna, amarga komputer-komputer kaya iki bisa mbebayani sajrone separo detik. Komunikasi kuantum ngijini sampeyan kanggo ngenkripsi informasi nggunakake foton - partikel elementer.

Komputer kasebut, sing nduweni akses menyang saluran kuantum, bakal ngganti wujud saiki foton. Lan nyoba njaluk informasi bakal ngrusak. Kacepetan transfer informasi, mesthi, murah, dibandhingake karo saluran sing wis ana, contone, karo komunikasi telpon. Nanging komunikasi kuantum nyedhiyakake tingkat kerahasiaane luwih gedhe. Iki, mesthi, tambah akeh banget. Utamane ing donya modern, nalika cybercrime dumadi saben dina.

Ikatan kuantum kanggo "payung"

Sawise surat tiwas diganti dening telegraf, telegraph dislodged ing radio. Mesthine, dina iki, dheweke ora lunga ing ngendi wae, nanging teknologi modern liya wis muncul. Sepuluh taun kepungkur, Internet ora didistribusikake kaya saiki lan angel banget kanggo entuk akses menyang klub-klub Internet, tuku kartu sing larang banget, lan liya-liyane. Dina iki, tanpa Internet, kita ora bisa urip sajrone jam, lan kita ngarep-arep 5G.

Nanging standar komunikasi anyar sabanjuré ora bakal ngrampungake tugas-tugas sing ngadhepi organisasi ijol-ijolan data liwat Internet, nampa data saka satelit saka pemukiman ing planèt liya, lan liya-liyané. Kabeh data kasebut kudu dilindhungi kanthi andal. Lan bisa diorganisir kanthi bantuan apa sing diarani kuantum kuantum.

Apa jaminan kuantum? Kanggo "patung", nerangake fenomena iki minangka sambungan saka karakteristik kuantum sing beda. Iku tetep sanajan partikel wis diwiwiti saka siji liyane jarak gedhe. Dienkripsi lan ditransmisikan kanthi bantuan kuantum kuantum, tombol iki ora bakal menehi informasi sing bisa digoleki menyang pecandu, sing bakal nyoba nyegat. Kabeh sing ditampa kasebut beda-beda, amarga negara sistem kasebut, kanthi intervensi eksternal, bakal diganti.

Nanging ora bisa nggawé sistem transmisi data saindhenging donya, amarga sawise sawetara puluhan kilometer sinyal mati. Satelit sing diluncurake ing 2016 bakal mbantu mujudake rencana transfer kuantum tombol liwat jarak luwih saka 7 ribu km.

Sukses sukses pisanan nggunakake sambungan anyar

Protokol kriptografi kuantum pisanan ditampa nalika taun 1984. Teknologi iki kasil digunakake ing sektor perbankan. Perusahaan sing misuwur menehi kriptosistem sing digawe dening wong-wong mau.

Lini komunikasi kuantum ditindakake ing kabel serat optik standar. Ing Rusia, saluran pisanan sing dilindhungi antara cabang Gazprombank ing Novy Cheryomushki lan Tembok Sapi. Dawane total 30.6 km, kasalahan ing transfer tombol kedadeyan, nanging persentasee minimal - mung 5%.

China ngluncurake satelit komunikasi kuantum

Satelit pisanan ing donya iki diluncurake ing China. Roket Long March-2D diluncurake tanggal 16 Agustus 2016 saka Tszyu-Quan kosmodrome. Satelit sing bobot 600 kg bakal mabur manawa 2 taun ing orbit sun-sinkron, dhuwuré 310 km (utawa 500 km) minangka bagian saka program "Percobaan kuantum ing skala kosmik". Periode sirkulasi apparatus ing saindhenging Bumi awujud sethithik setengah jam.

Satelit saka ikatan kuantum kasebut disebut Micius, utawa "Mo-Tzu", kanggo ngurmati para filsuf sing manggon ing abad kaping 5 Masehi. Lan, kaya sing umum diyakini, yaiku sing pisanan nglakokake eksperimen optis. Para ilmuwan bakal sinau mekanisme kuantum lan tumindak teleportasi kuantum antarane satelit lan laboratorium ing Tibet.

Iki banjur mindhah negara kuantum menyang jarak tartamtu. Kanggo ngleksanakake proses iki, sampeyan kudu sepasang partikel (ing tembung liya, concatenated) sing adoh saka siji liyane. Miturut fisika kuantum, padha bisa njupuk informasi babagan status pasangan, sanajan isih adoh. Mangkono, bisa ngetungake partikel sing ana ing kosmos sing adoh, nggayuh partner, sing ana ing kono, ing laboratorium.

Satelit bakal nggawé loro foton sing dilebur lan dikirim menyang Bumi. Yen pengalaman wis sukses, bakal menehi tandha awal saka jaman anyar. Puluhan satelit kasebut ora mung bisa njamin penyebaran internet kuantum, nanging uga komunikasi kuantum ing papan kanggo pemukiman ing Mars lan Bulan.

Kenapa kita butuh satelit kuwi

Nanging kenapa kita mbutuhake satelit komunikasi kuantum? Ora ana satelit konvensional sing cukup? Kasunyatane, yen satelit kasebut ora bakal ngganti wujud konvensional. Prinsip komunikasi kuantum minangka kodhe lan proteksi saluran transmisi data konvensional. Kanthi bantuan, umpamane, keamanan wis dirinci nalika pemilihan parlemen taun 2007 ing Swiss.

Organisasi riset non-komersial Battelle Memorial Institute, nggarap informasi pertukaran antarane kantor ing Amerika Serikat (Ohio State) lan Irlandia (Dublin) nggunakake kuantum entanglement. Prinsip kasebut adhedhasar prilaku photons - partikel dhasar cahya. Kanthi bantuan, informasi kasebut dikode lan dikirim menyang alamat. Sacara teoritis, sanajan upaya sing paling akurat ing intervensi bakal ninggalake jejak. Tombol kuantum bakal langsung diganti, lan hacker nyoba bakal nampa set karakter sing ora ana guna. Mulane, kabeh data sing bakal ditularake liwat saluran komunikasi iki ora bisa dicegat utawa disalin.

Satelit bakal mbantu para ilmuwan nyoba distribusi tombol antarane stasiun lemah lan satelit kasebut.

Komunikasi kuantum ing China bakal diwujudake amarga kabel serat optik, kanthi total 2.000 km lan nyambungake 4 kota saka Shanghai menyang Beijing. Serangkaian foton ora bisa ditularake tanpa wates, lan luwih akeh jarak antarane stasiun, luwih dhuwur yen kasil informasi bakal rusak.

Sawise ngliwati sawetara jarak, sinyal kasebut pancet, lan para ilmuwan, kanggo njaga informasi transmisi sing bener, butuh cara kanggo nganyari sinyal sawise saben 100 km. Ing kabel, iki bisa ditindakake kanthi nggunakake kelenjar sing dites nalika kunci dianalisis, disalin dening foton anyar lan terus.

Sawetara sejarah

Taun 1984, Brassard J. saka Universitas Montreal lan Bennett Ch. Saka IBM ngandhakake yen foton bisa digunakake ing kriptografi kanggo njupuk saluran dhasar sing dilindhungi. Padha ngajokake pola prasaja kanggo redistribusi kuantum kunci enkripsi, sing diarani BB84.

Sirkuit iki migunakake saluran kuantum, ing ngendi informasi antarane rong kedhaftar dikirim ing wujud negara kuantum polarisasi. Sawijining eavesdropper ngrungokake wong bisa nyoba kanggo ngukur foton iki, nanging ora bisa nindakake iki, kaya kasebut ing ndhuwur, tanpa distorting mau. Ing taun 1989, ing Pusat Riset IBM, Brassard lan Bennett nggawe sistem kriptografi kuantum sing pisanan digunakake ing donya.

Apa sistem kriptografi kuantum-optik (KOKS)

Karakteristik dasar COCS (tingkat kesalahan, laju transfer data, dll.) Ditaksir oleh paramèter unsur-unsur pembentuk saluran yang menghasilkan, mengirimkan, dan mengukur kuantum negara. Biasane, COCS kasusun saka bagean panampa lan transmisi sing disambungake karo saluran transmisi.

Sumber radiasi dibagi dadi 3 kelas:

• Lasers;
• Microlasers;
• Dioda emitting cahya.

Kanggo ngirim sinyal optis minangka medium, gunakake LED serat optik, digabungake ing kabel desain sing beda.

Sifat rahasia saka ikatan kuantum

Ngliwati saka sinyal ing ngendi informasi sing ditransfer dienkode dening pulsa kanthi ewonan foton, kanggo sinyal sing siji pulsa, rata-rata, nyathet kurang saka siji, hukum kuantum kasil diputer. Iku nggunakake hukum-hukum kasebut karo kriptografi klasik sing ndadekake bisa dadi rahasia.

Prinsip ketidakpastian Heisenberg digunakake ing piranti kriptografi kuantum lan amarga piranti-piranti sing diganti ing sistem kuantum digawe owah-owahan, lan formasi sing diduweni minangka asil ukuran kasebut ditemtokake dening partai sing ditampa minangka palsu.

Apa cryptography kuantum menehi garansi 100% marang peretas?

Secara teoritis, nanging solusi teknis ora bisa dipercaya. Attackers wiwit nggunakake sinar laser, karo sing padha buta detektor kuantum, sawise sing padha mandheg kanggo nanggapi sifat kuantum saka foton. Kadhangkala sumber multi-foton digunakake, lan krupuk bisa mlayu salah sawijining lan ngukur sing padha.