Kvantefysik tilbyder en helt ny måde at beskytte information på. Hvorfor er det nødvendigt, er det nu umuligt at lægge en sikker kommunikationskanal? Selvfølgelig kan du. Men kvantecomputere er allerede blevet skabt, og i det øjeblik de bliver allestedsnærværende, vil moderne krypteringsalgoritmer være ubrugelige, da disse kraftfulde computere vil være i stand til at knække dem på et splitsekund. Kvantekommunikation giver dig mulighed for at kryptere information ved hjælp af fotoner - elementære partikler.
Sådanne computere, efter at have fået adgang til kvantekanalen, på den ene eller anden måde vil ændre fotonernes virkelige tilstand. Og forsøg på at få information vil ødelægge det. Hastigheden af informationsoverførsel er naturligvis lavere end med andre nuværende eksisterende kanaler, for eksempel med telefonkommunikation. Men kvantekommunikation giver et meget større niveau af hemmeligholdelse. Dette er selvfølgelig et meget stort plus. Især i dagens verden, hvor cyberkriminalitet er stigende hver dag.
Kvantekommunikation for dummies
Når dueposten blev fortrængt af telegrafen, blev telegrafen til gengæld fortrængt af radioen. Selvfølgelig er det i dag ikke forsvundet, men andre moderne teknologier er dukket op. For bare ti år siden var internettet ikke så udbredt, som det er i dag, og det var ret svært at få adgang til det – man skulle gå på internetklubber, købe meget dyre kort osv. I dag lever vi ikke en time uden internet, og vi ser frem til 5G.
Men den næste nye kommunikationsstandard vil ikke løse de problemer, der nu står over for organiseringen af dataudveksling ved hjælp af internettet, modtagelse af data fra satellitter fra bosættelser på andre planeter osv. Alle disse data skal beskyttes sikkert. Og dette kan organiseres ved hjælp af den såkaldte kvanteforvikling.
Hvad er en kvantebinding? For "dummies" er dette fænomen forklaret som en sammenhæng mellem forskellige kvantekarakteristika. Det bevares, selv når partiklerne er adskilt fra hinanden med stor afstand. Krypteret og transmitteret ved hjælp af kvanteforviklinger vil nøglen ikke give nogen værdifuld information til kiks, der forsøger at opsnappe den. Det eneste, de får, er andre numre, da systemets tilstand, med ekstern indgriben, vil blive ændret.
Men det var ikke muligt at skabe et verdensomspændende datatransmissionssystem, for efter et par tiere af kilometer forsvandt signalet. Satellitten, der blev opsendt i 2016, vil hjælpe med at implementere en kvantenøgleoverførselsordning over afstande på mere end 7.000 km.
Første vellykkede forsøg på at bruge den nye forbindelse
Den allerførste kvantekryptografiprotokol blev opnået i 1984d. I dag er denne teknologi med succes brugt i banksektoren. Kendte virksomheder tilbyder kryptosystemer, de har skabt.
Kvantekommunikationslinjen udføres på et standard fiberoptisk kabel. I Rusland blev den første sikre kanal lagt mellem Gazprombank-filialer i Novye Cheryomushki og på Korovy Val. Den samlede længde er 30,6 km, fejl opstår under nøgleoverførsel, men deres procentdel er minimal - kun 5%.
Kina lancerer kvantekommunikationssatellit
Verdens første sådanne satellit blev opsendt i Kina. Long March-2D-raketten blev opsendt den 16. august 2016 fra Jiu Quan-opsendelsesstedet. En satellit, der vejer 600 kg, vil flyve i 2 år i en solsynkron bane, 310 miles (eller 500 km) høj som en del af programmet "Quantum Experiments on a Cosmic Scale". Enhedens omdrejningsperiode rundt om Jorden er halvanden time.
Kvantekommunikationssatellitten kaldes Micius, eller "Mo-Tzu", efter en filosof, der levede i det 5. århundrede e. Kr. og, som det er almindeligt antaget, den første til at udføre optiske eksperimenter. Forskere vil studere mekanismen for kvantesammenfiltring og udføre kvanteteleportation mellem en satellit og et laboratorium i Tibet.
Sidstnævnte transmitterer partiklens kvantetilstand til en given afstand. For at implementere denne proces er der brug for et par sammenfiltrede (med andre ord forbundne) partikler placeret i en afstand fra hinanden. Ifølge kvantefysikken er de i stand til at fange information om en partners tilstand, selv når de er langt fra hinanden. Det vil sige, at du kan ydeindvirkning på en partikel, der er i det dybe rum, hvilket påvirker dens partner, som er i nærheden, i laboratoriet.
Satellitten vil skabe to sammenfiltrede fotoner og sende dem til Jorden. Hvis oplevelsen lykkes, vil den markere begyndelsen på en ny æra. Dusinvis af sådanne satellitter kunne ikke kun levere kvanteinternettets allestedsnærværende, men også kvantekommunikation i rummet til fremtidige bosættelser på Mars og Månen.
Hvorfor har vi brug for sådanne satellitter
Men hvorfor overhovedet have brug for en kvantekommunikationssatellit? Er konventionelle satellitter ikke tilstrækkelige? Faktum er, at disse satellitter ikke vil erstatte de sædvanlige. Princippet om kvantekommunikation er at kode og beskytte eksisterende konventionelle datatransmissionskanaler. Med dens hjælp blev der f.eks. allerede sørget for sikkerhed under parlamentsvalget i 2007 i Schweiz.
The Battelle Memorial Institute, en non-profit forskningsorganisation, udveksler information mellem kapitler i USA (Ohio) og Irland (Dublin) ved hjælp af kvanteforviklinger. Dens princip er baseret på opførsel af fotoner - elementære partikler af lys. Med deres hjælp kodes oplysninger og sendes til adressaten. Teoretisk set vil selv det mest forsigtige forsøg på interferens efterlade et mærke. Kvantenøglen ændres med det samme, og en hackerforsøg vil ende med et meningsløst tegnsæt. Derfor kan alle data, der vil blive transmitteret gennem disse kommunikationskanaler, ikke opsnappes eller kopieres.
Satellitvil hjælpe videnskabsmænd med at teste nøglefordeling mellem jordstationer og selve satellitten.
Kvantekommunikation i Kina vil blive implementeret takket være fiberoptiske kabler med en samlet længde på 2 tusinde km og forener 4 byer fra Shanghai til Beijing. Serier af fotoner kan ikke transmitteres i det uendelige, og jo større afstanden er mellem stationerne, desto større er chancen for, at informationen bliver ødelagt.
Efter en vis afstand falmer signalet, og forskerne har brug for en måde at opdatere signalet på hver 100 km for at opretholde den korrekte transmission af information. I kabler opnås dette gennem gennemprøvede noder, hvor nøglen analyseres, kopieres af nye fotoner og går videre.
Lidt historie
I 1984 foreslog Brassard J. fra University of Montreal og Bennet C. fra IBM, at fotoner kunne bruges i kryptografi for at opnå en sikker fundamental kanal. De foreslog et simpelt skema til kvante-omfordeling af krypteringsnøgler, som blev kaldt BB84.
Dette skema bruger en kvantekanal, hvorigennem information transmitteres mellem to brugere i form af polariserede kvantetilstande. En aflytende hacker kan prøve at måle disse fotoner, men han kan ikke gøre det, som nævnt ovenfor, uden at forvrænge dem. I 1989 skabte Brassard og Bennet verdens første fungerende kvantekryptografiske system på IBM Research Center.
Hvad gør en kvanteoptiskkryptografisk system (KOKS)
De vigtigste tekniske karakteristika ved COKS (fejlfrekvens, dataoverførselshastighed osv.) bestemmes af parametrene for de kanaldannende elementer, der danner, transmitterer og måler kvantetilstande. Norm alt består COKS af at modtage og sende dele, som er forbundet med en transmissionskanal.
Strålekilder er opdelt i 3 klasser:
- lasere;
- mikrolasere;
- lysemitterende dioder.
Til transmission af optiske signaler bruges fiberoptiske LED'er som et medium, kombineret i kabler af forskellige designs.
Kanten af kvantekommunikationshemmelighed
Ved at gå fra signaler, hvor transmitteret information er kodet af pulser med tusindvis af fotoner, til signaler, hvor der i gennemsnit er mindre end én pr. puls, kommer kvantelove i spil. Det er brugen af disse love med klassisk kryptografi, der opnår hemmeligholdelse.
Heisenberg-usikkerhedsprincippet bruges i kvantekryptografiske enheder, og takket være det vil ethvert forsøg på at ændre kvantesystemet foretage ændringer i det, og dannelsen som følge af en sådan måling bestemmes af den modtagende part som falsk.
Er kvantekryptografi 100 % hacksikker?
Teoretisk ja, men tekniske løsninger er ikke helt pålidelige. Angribere begyndte at bruge en laserstråle, som de blinder kvantedetektorer med, hvorefter de holder op med at reagere påfotonernes kvanteegenskaber. Nogle gange bruges multifotonkilder, og hackere kan muligvis springe en af dem over og måle identiske.
