Kwantumfysica biedt een geheel nieuwe manier om informatie te beschermen. Waarom is het nodig, is het nu onmogelijk om een veilig communicatiekanaal aan te leggen? Natuurlijk kan je dat. Maar kwantumcomputers zijn al gemaakt en zodra ze alomtegenwoordig worden, zullen moderne versleutelingsalgoritmen nutteloos zijn, omdat deze krachtige computers ze in een fractie van een seconde kunnen kraken. Met kwantumcommunicatie kun je informatie versleutelen met behulp van fotonen - elementaire deeltjes.
Zulke computers, die toegang hebben gekregen tot het kwantumkanaal, zullen op de een of andere manier de werkelijke toestand van fotonen veranderen. En proberen om informatie te krijgen, zal het bederven. De snelheid van informatieoverdracht is natuurlijk lager dan bij andere momenteel bestaande kanalen, bijvoorbeeld bij telefonische communicatie. Maar kwantumcommunicatie biedt een veel groter niveau van geheimhouding. Dit is natuurlijk een heel groot pluspunt. Vooral in de wereld van vandaag waar cybercriminaliteit elke dag toeneemt.
Kwantumcommunicatie voor dummies
Zodra de postduivenpost werd verdrongen door de telegraaf, werd de telegraaf op zijn beurt verdrongen door de radio. Natuurlijk is het vandaag niet verdwenen, maar er zijn andere moderne technologieën verschenen. Nog maar tien jaar geleden was internet niet zo wijdverbreid als het nu is, en het was vrij moeilijk om er toegang toe te krijgen - je moest naar internetclubs, heel dure kaarten kopen, enz. Tegenwoordig leven we niet uur zonder internet, en we kijken uit naar 5G.
Maar de volgende nieuwe communicatiestandaard zal de problemen niet oplossen waarmee nu te maken heeft bij het organiseren van gegevensuitwisseling via internet, het ontvangen van gegevens van satellieten van nederzettingen op andere planeten, enz. Al deze gegevens moeten veilig worden beschermd. En dit kan worden georganiseerd met behulp van de zogenaamde kwantumverstrengeling.
Wat is een kwantumbinding? Voor "dummies" wordt dit fenomeen uitgelegd als een samenhang van verschillende kwantumkenmerken. Het blijft behouden, zelfs wanneer de deeltjes over een grote afstand van elkaar worden gescheiden. De sleutel, versleuteld en verzonden met behulp van kwantumverstrengeling, zal geen waardevolle informatie verstrekken aan crackers die hem proberen te onderscheppen. Het enige wat ze zullen krijgen zijn andere nummers, aangezien de toestand van het systeem, met tussenkomst van buitenaf, zal worden gewijzigd.
Maar het was niet mogelijk om een wereldwijd datatransmissiesysteem te creëren, omdat na enkele tientallen kilometers het signaal vervaagde. De satelliet, gelanceerd in 2016, zal helpen bij het implementeren van een schema voor de overdracht van kwantumsleutels over afstanden van meer dan 7.000 km.
Eerste succesvolle pogingen om de nieuwe verbinding te gebruiken
Het allereerste protocol voor kwantumcryptografie werd in 1984 verkregend) Tegenwoordig wordt deze technologie met succes gebruikt in de banksector. Bekende bedrijven bieden cryptosystemen aan die ze hebben gemaakt.
De kwantumcommunicatielijn wordt uitgevoerd op een standaard glasvezelkabel. In Rusland werd het eerste veilige kanaal gelegd tussen Gazprombank-vestigingen in Novye Cheryomushki en op Korovy Val. De totale lengte is 30,6 km, er treden fouten op tijdens het verzenden van de sleutel, maar hun percentage is minimaal - slechts 5%.
China lanceert kwantumcommunicatiesatelliet
's Werelds eerste dergelijke satelliet werd gelanceerd in China. De Long March-2D-raket werd op 16 augustus 2016 gelanceerd vanaf de lanceerplaats Jiu Quan. Een satelliet van 600 kg zal gedurende 2 jaar vliegen in een zonsynchrone baan, 310 mijl (of 500 km) hoog als onderdeel van het "Quantum Experiments on a Cosmic Scale"-programma. De omwentelingsperiode van het apparaat rond de aarde is anderhalf uur.
De kwantumcommunicatiesatelliet wordt Micius of "Mo-Tzu" genoemd, naar een filosoof die in de 5e eeuw na Christus leefde. en, zoals algemeen wordt aangenomen, de eerste die optische experimenten uitvoerde. Wetenschappers gaan het mechanisme van kwantumverstrengeling bestuderen en kwantumteleportatie uitvoeren tussen een satelliet en een laboratorium in Tibet.
De laatste verzendt de kwantumtoestand van het deeltje naar een bepaalde afstand. Om dit proces te implementeren, is een paar verstrengelde (met andere woorden gekoppelde) deeltjes nodig die zich op afstand van elkaar bevinden. Volgens de kwantumfysica zijn ze in staat om informatie over de toestand van een partner vast te leggen, zelfs als ze ver van elkaar verwijderd zijn. Dat wil zeggen, u kunt bieden:impact op een deeltje dat zich in de verre ruimte bevindt, met gevolgen voor zijn partner, die dichtbij is, in het laboratorium.
De satelliet zal twee verstrengelde fotonen creëren en deze naar de aarde sturen. Als de ervaring succesvol is, markeert dit het begin van een nieuw tijdperk. Tientallen van dergelijke satellieten zouden niet alleen de alomtegenwoordigheid van het kwantuminternet kunnen bieden, maar ook kwantumcommunicatie in de ruimte voor toekomstige nederzettingen op Mars en de maan.
Waarom hebben we zulke satellieten nodig
Maar waarom heb je zelfs een kwantumcommunicatiesatelliet nodig? Zijn conventionele satellieten niet al voldoende? Feit is dat deze satellieten de gebruikelijke niet zullen vervangen. Het principe van kwantumcommunicatie is het coderen en beschermen van bestaande conventionele datatransmissiekanalen. Met zijn hulp was er bijvoorbeeld al veiligheid tijdens de parlementsverkiezingen in 2007 in Zwitserland.
Het Battelle Memorial Institute, een non-profit onderzoeksorganisatie, wisselt informatie uit tussen afdelingen in de VS (Ohio) en Ierland (Dublin) met behulp van kwantumverstrengeling. Het principe is gebaseerd op het gedrag van fotonen - elementaire lichtdeeltjes. Met hun hulp wordt informatie gecodeerd en naar de geadresseerde verzonden. Theoretisch zal zelfs de meest zorgvuldige poging tot interferentie een spoor achterlaten. De kwantumsleutel zal onmiddellijk veranderen en een poging tot hacker zal eindigen met een betekenisloze tekenset. Daarom kunnen alle gegevens die via deze communicatiekanalen worden verzonden niet worden onderschept of gekopieerd.
Satellietzal wetenschappers helpen bij het testen van de belangrijkste distributie tussen grondstations en de satelliet zelf.
Quantumcommunicatie in China zal worden geïmplementeerd dankzij glasvezelkabels met een totale lengte van 2000 km die 4 steden van Shanghai tot Peking verbinden. Reeksen fotonen kunnen niet oneindig worden verzonden, en hoe groter de afstand tussen stations, hoe groter de kans dat informatie wordt beschadigd.
Na een bepaalde afstand vervaagt het signaal en wetenschappers hebben een manier nodig om het signaal elke 100 km bij te werken om de juiste overdracht van informatie te behouden. In kabels wordt dit bereikt door beproefde knooppunten, waar de sleutel wordt geanalyseerd, gekopieerd door nieuwe fotonen en verder gaat.
Een beetje geschiedenis
In 1984 suggereerden Brassard J. van de Universiteit van Montreal en Bennet C. van IBM dat fotonen zouden kunnen worden gebruikt in cryptografie om een veilig fundamenteel kanaal te verkrijgen. Ze stelden een eenvoudig schema voor voor kwantumherverdeling van coderingssleutels, dat BB84 werd genoemd.
Dit schema maakt gebruik van een kwantumkanaal waardoor informatie wordt verzonden tussen twee gebruikers in de vorm van gepolariseerde kwantumtoestanden. Een afluisterende hacker zou kunnen proberen deze fotonen te meten, maar hij kan het niet doen, zoals hierboven vermeld, zonder ze te vervormen. In 1989 creëerden Brassard en Bennet in het IBM Research Center 's werelds eerste werkende kwantumcryptografische systeem.
Wat doet een kwantum-optischcryptografisch systeem (KOKS)
De belangrijkste technische kenmerken van COKS (foutsnelheid, gegevensoverdrachtsnelheid, enz.) worden bepaald door de parameters van de kanaalvormende elementen die kwantumtoestanden vormen, verzenden en meten. Gewoonlijk bestaat COKS uit het ontvangen en verzenden van delen, die zijn verbonden door een transmissiekanaal.
Stralingsbronnen zijn onderverdeeld in 3 klassen:
- lasers;
- microlasers;
- lichtgevende diodes.
Voor de overdracht van optische signalen worden glasvezel-LED's gebruikt als medium, gecombineerd in kabels van verschillende ontwerpen.
De aard van kwantumcommunicatiegeheimen
Van signalen waarin verzonden informatie wordt gecodeerd door pulsen met duizenden fotonen tot signalen waarin er gemiddeld minder dan één per puls is, komen kwantumwetten in het spel. Het is het gebruik van deze wetten met klassieke cryptografie dat geheimhouding bereikt.
Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg wordt gebruikt in kwantumcryptografische apparaten en dankzij dit kunnen alle pogingen om het kwantumsysteem te veranderen er wijzigingen in aanbrengen, en de formatie die het resultaat is van een dergelijke meting wordt door de ontvangende partij als onjuist beoordeeld.
Is kwantumcryptografie 100% hack-proof?
Theoretisch ja, maar technische oplossingen zijn niet helemaal betrouwbaar. Aanvallers begonnen een laserstraal te gebruiken, waarmee ze kwantumdetectoren verblinden, waarna ze niet meer reageerdenkwantumeigenschappen van fotonen. Soms worden bronnen met meerdere fotonen gebruikt en kunnen hackers er een overslaan en identieke meten.
