Harakatdagi kvantli aloqa - ta'rifi, xususiyatlari va qiziqarli faktlar

Kvant fizikasi axborotni muhofaza qilishning butunlay yangi usulini taklif etadi. Nima uchun kerak, endi xavfsiz aloqa kanalini qurish mumkin emasmi? Albatta, mumkin. Ammo kvantli kompyuterlar allaqachon yaratilgan va ular hamma joyda keng tarqalib ketgan paytlarda, zamonaviy kompyuter shifrlash algoritmlari foydasiz bo'ladi, chunki bu kuchli kompyuterlar ularni bir soniya ichida yorib yuborishi mumkin. Kvantli aloqa sizning fotonlardan - elementar zarrachalardan foydalanib ma'lumotlarni shifrlash imkonini beradi.

Kvant kanaliga ega bo'lgan bunday kompyuterlar qandaydir fotonlarning holatini o'zgartiradi. Va ma'lumot olishga harakat qilish unga zarar keltiradi. Axborot uzatish tezligi boshqa mavjud kanallarga nisbatan, masalan, telefon aloqasi bilan solishtirganda, past bo'ladi. Biroq, kvant kommunikatsiyasi juda katta darajadagi maxfiylikni ta'minlaydi. Bu, albatta, juda katta ortiqcha. Ayniqsa, zamonaviy dunyoda kiber jinoyatlar har kuni o'sib borayotgan paytda.

"Dummies" uchun kvant bogi

Kabutar pochta telegraf bilan almashtirilgandan so'ng, telegraf radio rad etdi. Albatta, bugungi kunda u hech qaerga bormadi, boshqa zamonaviy texnologiyalar paydo bo'ldi. O'n yil muqaddam Internet bugungi kunda bo'lgani kabi taqsimlanmagan va unga kirish qiyin bo'lgan. Internet-klublarga borish, juda qimmat kartochkalar va boshqalarni sotib olish kerak edi. Bugungi kunda Internetdan foydalanib, biz bir soatgina yashay olmaymiz va biz uni kutmoqdamiz 5G.

Ammo keyingi yangi aloqa standarti internet orqali ma'lumotlar almashinuvini tashkil qilish, boshqa sayyoralardagi aholi punktlaridan sun'iy yo'ldoshlardan ma'lumotlarni qabul qilish bilan shug'ullanadigan vazifalarni hal qilmaydi va hokazo. Ushbu ma'lumotlar ishonchli tarzda muhofaza qilinishi kerak. Va u "kvant to'siq" deb ataladi.

Kvant bog'lanish nima? "Dummies" uchun bu hodisani turli kvant xususiyatlariga bog'liqlik sifatida tushuntirish mumkin. Zarralar bir-biridan juda katta masofada joylashgan bo'lsa ham davom etadi. Shifrlangan va kvant to'siqlari yordamida uzatilganda, kaliti uni to'xtatishga urinayotgan tajovuzkorlarga hech qanday qimmatli ma'lumot bermaydi. Olinganlarning har biri turli xil raqamlardir, chunki tizimning holati tashqi aralashuvlar bilan o'zgaradi.

Ammo butun dunyo bo'ylab ma'lumotlar uzatish tizimini yaratish imkoni bo'lmadi, chunki bir necha o'n kilometrdan keyin signal uzilib qoldi. 2016 yilda ishga tushirilgan sun'iy yo'ldosh 7 ming kilometrdan ortiq masofada joylashgan kvant miqdori o'tkazilish sxemasini amalga oshirishga yordam beradi.

Yangi ulanishdan foydalanishning birinchi muvaffaqiyatli urinishlari

Kvant kriptografiya bo'yicha birinchi protokol 1984 yilda olingan. Bugungi kunda ushbu texnologiya bank sektorida muvaffaqiyatli qo'llanilmoqda. Mashhur kompaniyalar ular tomonidan yaratilgan kriptosistemalarni taklif etadilar.

Kvant aloqa liniyasi standart tolali optik kabel orqali amalga oshiriladi. Rossiyada "Gazprombank" ning Novye Cheryomushki filiallari va "Cow Wall" filiallari o'rtasida birinchi himoyalangan kanal o'rnatildi. Umumiy uzunligi 30,6 km ni tashkil qiladi, kalitni o'tkazishda xatolik yuz beradi, ammo ularning ulushi kam - atigi 5%.

Xitoyda kvant kommunikatsion yo'ldoshi ishga tushirildi

Dunyoning birinchi yo'ldoshi Xitoyda ishga tushirildi. Long March-2D raketasi 2016 yil 16-avgustda Tszyu-Quan kosmodromidan ishga tushirilgan. 600 kg og'irlikdagi sun'iy yo'ldosh 2 yil davomida "Kosmik miqyosda kvant tajribalari" dasturi doirasida 310 km (500 km) balandlikdagi quyosh-sinxronlash orbitasida uchadi. Yer atrofida aylanish davri bir yarim soatga teng.

Kvant bog'lanishining sun'iy yo'ldoshi milodiy 5-asrda yashagan faylasuf sharafiga Micius yoki "Mo-Tzu", deyiladi. Ko'pincha ishonilgandek, optik eksperimentlarni birinchi bo'lib o'tkazgan. Olimlar kvant mexanizmini o'rganish va Tibetda sun'iy yo'ldosh va laboratoriya o'rtasida kvant teleportatsiya qilishni o'rganishmoqchi.

Ikkinchi zarrachaning kvant holatini ma'lum masofaga o'tkazadi. Ushbu jarayonni amalga oshirish uchun, siz bir-biridan uzoq masofada joylashgan (boshqa aytganda, birlashtirilgan) zarralar juftligiga muhtojmiz. Kvant fizikasiga ko'ra, ular sherik maqomini, hatto bir-biridan farq qiladigan ma'lumotni olish imkoniyatiga ega. Ya'ni, uzoqdagi kosmosdagi zarrachaga ta'sir qilishi mumkin, bu uning laboratoriyadagi hamkoriga ta'sir qilishi mumkin.

Sun'iy yo'ldosh ikki dona fotonni hosil qiladi va ularni Yerga jo'natadi. Agar tajriba muvaffaqiyatli bo'lsa, u yangi davrning boshlanishini belgilaydi. O'nlab bunday yo'ldoshlar faqatgina kvantli Internetni keng tarqalishini ta'minlamasdan, balki Mars va Oydagi kelajakdagi turar-joylar uchun kosmik aloqani ham ta'minlaydi.

Nima uchun bunday yo'ldoshlarga muhtojmiz

Nega bizga kvant kommunikatsion sun'iy yo'ldosh kerak? Mavjud an'anaviy sun'iy yo'ldoshlar etarli emasmi? Aslida, bu yo'ldosh an'anaviy bo'lganlarni almashtirmaydi. Kvant kommunikatsiyalari printsipi mavjud bo'lgan an'anaviy ma'lumotlarni uzatish kanallarini kodlash va himoya qilishdir. Uning yordami bilan, masalan, 2007 yilda Shveytsariyada o'tkazilgan parlament saylovlarida xavfsizlik ta'minlandi.

"Battelle Memorial Institute" nodavlat tadqiqot tashkiloti AQShda (Ogayo shtati) va Irlandiya (Dublin) shtatlarida kvant to'satdan foydalangan holda axborot almashuvini amalga oshiradi. Uning printsipi fotonlar harakatlariga asoslanadi - yorug'lik elementar zarralari. Ularning yordami bilan ma'lumot kodlangan va manzilga yuboriladi. Nazariy jihatdan, hatto aralashuvga eng aniq urinish ham iz qoldiradi. Kvant kaliti darhol o'zgaradi va hackerning harakatlanishi ma'nosiz belgilar to'plamiga ega bo'ladi. Shu sababli, ushbu aloqa kanallari orqali uzatiladigan barcha ma'lumotlar ushlanib yoki nusxalanmaydi.

Sun'iy yo'ldosh sun'iy yo'ldosh yordamida yerosti stansiyalari va sun'iy yo'ldoshning o'zi o'rtasida kalitni taqsimlashni olimlarga yordam beradi.

Xitoyda kvantli aloqa umumiy uzunligi 2 ming km bo'lgan va Shanxayning 4 shahriga Pekinga ulanadigan optik-tolali kabellar orqali amalga oshiriladi. Bir qator fotonlarning uzluksiz uzatilishi mumkin emas, va stansiyalar orasidagi masofa qanchalik katta bo'lsa, ma'lumotlarning buzilishi ehtimolligi qanchalik baland.

Bir necha masofani bosib o'tib, signal uzilib qoladi va olimlar ma'lumotlarning to'g'ri etkazilishini ta'minlash uchun har 100 kilometrdan keyin signalni yangilashga ehtiyoj sezadilar. Kabellarda bu kalitning tahlil qilinadigan, yangi fotonlar tomonidan kopyalanan va davom etadigan tasdiqlangan tugunlardan foydalaniladi.

Bir oz tarix

1984 yilda Montreal universiteti Brassard J. va IBMdan Bennett Ch., fotonlarni himoyalangan asosiy kanalga ega bo'lish uchun kriptografiyada foydalanish mumkinligini taklif qildi. BB84 deb nomlangan shifrlash kalitlari kvantlarini qayta taqsimlash uchun oddiy sxemani taklif qilishdi.

Ushbu elektron kvant kanali foydalanadi, bu orqali ikki foydalanuvchi o'rtasidagi axborot polarizatsiyalangan kvant holatida uzatiladi. Ularni tinglaydigan tinglovchi, bu fotonlarni o'lchashga harakat qilishi mumkin, lekin yuqorida aytib o'tilganidek, bularni buzolmasdan bajarolmaydi. 1989 yilda IBM tadqiqot markazida Brassard va Bennett dunyodagi birinchi kvant kriptografik tizimini yaratdi.

Kvant-optik kriptografik tizim (KOKS) nima?

COCS ning asosiy xarakteristikalari (xato darajasi, ma'lumotlar uzatish tezligi va boshqalar) kvant holatini ishlab chiqaruvchi, uzatuvchi va o'lchaydigan kanal tuzuvchi elementlarning parametrlari bo'yicha aniqlanadi. Odatda, COCS transmisyon kanali orqali ulangan va qabul qiluvchi qismlardan iborat.

Radiatsion resurslar uchta sinfga bo'linadi:

• Lazerlar;
• Microlasers;
• Nurni chiqaruvchi diodlar.

Optik signallarni bir vosita sifatida uzatish uchun turli dizayndagi kabellarda birlashtirilgan optik-tolali yoritgichlardan foydalaning.

Kvant bog'lanishining maxfiyligi

O'tkazilgan ma'lumotlarning minglab fotonli impulslar tomonidan kodlangan signallardan o'tishi, o'rtacha miqdordagi bir pulsning bir-biridan kamroq hisoblangan kvant qonunlariga kiradigan signallarga ta'sir qilishi. Bu qonunlarni klassik kriptografiya bilan qo'llash, bu esa sir saqlashga imkon beradi.

Heisenbergning noaniqlik printsipi kvant-kriptografik qurilmalarda ishlatiladi va u tufayli kvant tizimidagi o'zgarishlarga har qanday o'zgarishlar kiritiladi va bunday o'lchov natijasi sifatida qabul qilingan shakl qabul qilingan taraf tomonidan yolg'on deb aniqlanadi.

Kvant kriptografiya hacklashga qarshi 100% kafolat beradimi?

Nazariy jihatdan nazariy jihatdan, ammo texnik echimlar to'liq ishonchli emas. Attackerlar lazer nurlarini ishlata boshladilar, ular bilan kvant detektorlarini ko'rsalar, undan keyin fotonlar kvantik xususiyatlariga javob berishni to'xtatadilar. Ba'zan ko'p fotonli manbalar qo'llaniladi, va krakerlar ulardan birini o'tkazib, bir xil o'lchamlarini o'lchashi mumkin.