Քվանտային ֆիզիկան առաջարկում է տեղեկատվության պաշտպանության բոլորովին նոր միջոց: Ինչու՞ է դա անհրաժեշտ, արդյո՞ք այժմ անհնար է անվտանգ կապի ալիք ստեղծել: Իհարկե, դուք կարող եք. Բայց քվանտային համակարգիչներն արդեն ստեղծվել են, և այն պահին, երբ դրանք դառնան ամենուր, գաղտնագրման ժամանակակից ալգորիթմներն անօգուտ կլինեն, քանի որ այս հզոր համակարգիչները կկարողանան կոտրել դրանք մեկ վայրկյանում: Քվանտային հաղորդակցությունը թույլ է տալիս գաղտնագրել տեղեկատվությունը ֆոտոնների՝ տարրական մասնիկների միջոցով:
Նման համակարգիչները, մուտք ունենալով դեպի քվանտային ալիք, այսպես թե այնպես կփոխեն ֆոտոնների իրական վիճակը։ Իսկ տեղեկատվություն ստանալու փորձը կփչացնի այն: Տեղեկատվության փոխանցման արագությունը, իհարկե, ավելի ցածր է, քան ներկայումս գոյություն ունեցող այլ ուղիներով, օրինակ, հեռախոսային կապով: Սակայն քվանտային հաղորդակցությունն ապահովում է գաղտնիության շատ ավելի մեծ մակարդակ: Սա, իհարկե, շատ մեծ պլյուս է։ Հատկապես այսօրվա աշխարհում, որտեղ կիբերհանցագործությունն ամեն օր աճում է։
Քվանտային հաղորդակցություն խաբեբաների համար
Մի անգամ, որ աղավնիների փոստը փոխարինվեց հեռագրով, իր հերթին հեռագիրը փոխարինվեց ռադիոյով:Իհարկե, այսօր այն չի վերացել, այլ ժամանակակից այլ տեխնոլոգիաներ են հայտնվել։ Ընդամենը տասը տարի առաջ ինտերնետն այնքան տարածված չէր, որքան այսօր, և բավականին դժվար էր մուտք գործել դրան. պետք էր գնալ ինտերնետ ակումբներ, գնել շատ թանկ քարտեր և այլն: Այսօր մենք չենք ապրում ժամ առանց ինտերնետի, և մենք անհամբեր սպասում ենք 5G-ին:
Սակայն կապի հաջորդ նոր ստանդարտը չի լուծի այն խնդիրները, որոնք այժմ բախվում են ինտերնետի միջոցով տվյալների փոխանակման կազմակերպման, այլ մոլորակների բնակավայրերից արբանյակներից տվյալների ստացման և այլնի հետ: Այս բոլոր տվյալները պետք է ապահով պաշտպանված լինեն: Եվ սա կարելի է կազմակերպել այսպես կոչված քվանտային խճճվածության միջոցով:
Ի՞նչ է քվանտային կապը: «Դեմերի» համար այս երեւույթը բացատրվում է որպես տարբեր քվանտային բնութագրերի միացում։ Այն պահպանվում է նույնիսկ այն ժամանակ, երբ մասնիկները միմյանցից բաժանված են մեծ հեռավորությամբ։ Գաղտնագրված և քվանտային խճճվածության միջոցով փոխանցվող բանալին ոչ մի արժեքավոր տեղեկատվություն չի տրամադրի կոտրիչներին, ովքեր փորձում են գաղտնալսել այն: Նրանք կստանան միայն այլ թվեր, քանի որ արտաքին միջամտությամբ համակարգի վիճակը կփոխվի։
Բայց հնարավոր չեղավ ստեղծել տվյալների փոխանցման համաշխարհային համակարգ, քանի որ մի քանի տասնյակ կիլոմետր անց ազդանշանը խամրեց։ Արբանյակը, որը արձակվել է 2016 թվականին, կօգնի իրականացնել քվանտային բանալիների փոխանցման սխեման ավելի քան 7000 կմ հեռավորության վրա:
Նոր կապն օգտագործելու առաջին հաջող փորձերը
Առաջին քվանտային ծածկագրման արձանագրությունը ստացվել է 1984 թ.դ. Այսօր այս տեխնոլոգիան հաջողությամբ կիրառվում է բանկային ոլորտում։ Հայտնի ընկերությունները առաջարկում են իրենց ստեղծած կրիպտոհամակարգերը։
Քվանտային կապի գիծն իրականացվում է ստանդարտ օպտիկամանրաթելային մալուխի վրա: Ռուսաստանում առաջին անվտանգ ալիքը անցկացվել է Գազպրոմբանկի Նովիե Չերյոմուշկիի և Կորովի Վալի մասնաճյուղերի միջև: Ընդհանուր երկարությունը 30,6 կմ է, բանալիների փոխանցման ժամանակ սխալներ են տեղի ունենում, սակայն դրանց տոկոսը նվազագույն է՝ ընդամենը 5%.
Չինաստանը գործարկել է քվանտային կապի արբանյակ
Աշխարհի առաջին նման արբանյակը արձակվել է Չինաստանում: Long March-2D հրթիռը արձակվել է 2016 թվականի օգոստոսի 16-ին Ցզյու Քուան արձակման վայրից։ 600 կգ կշռող արբանյակը 2 տարի կթռչի արևի համաժամանակյա ուղեծրով՝ 310 մղոն (կամ 500 կմ) բարձրությամբ՝ «Քվանտային փորձեր տիեզերական մասշտաբով» ծրագրի շրջանակներում։ Երկրի շուրջ սարքի պտույտի ժամանակահատվածը մեկուկես ժամ է։
Քվանտային կապի արբանյակը կոչվում է Micius կամ «Mo-Tzu»՝ ի պատիվ մի փիլիսոփայի, ով ապրել է մ.թ. 5-րդ դարում: և, ինչպես ընդունված է ենթադրել, առաջինը օպտիկական փորձեր է անցկացրել: Գիտնականները պատրաստվում են ուսումնասիրել քվանտային խճճման մեխանիզմը և իրականացնել քվանտային տելեպորտացիա արբանյակի և Տիբեթի լաբորատորիայի միջև։
Վերջինս փոխանցում է մասնիկի քվանտային վիճակը տվյալ հեռավորության վրա։ Այս գործընթացն իրականացնելու համար անհրաժեշտ է միմյանցից հեռու գտնվող մի զույգ խճճված (այլ կերպ ասած՝ կապված) մասնիկներ։ Քվանտային ֆիզիկայի համաձայն՝ նրանք կարողանում են տեղեկատվություն որսալ զուգընկերոջ վիճակի մասին, նույնիսկ երբ նրանք հեռու են միմյանցից։ Այսինքն՝ կարող ես ապահովելազդեցություն խորը տարածության մեջ գտնվող մասնիկի վրա՝ ազդելով լաբորատորիայում գտնվող նրա գործընկերոջ վրա, որը մոտ է։
Արբանյակը կստեղծի երկու խճճված ֆոտոն և կուղարկի դրանք Երկիր: Եթե փորձը հաջող լինի, դա կնշանակի նոր դարաշրջանի սկիզբ: Տասնյակ նման արբանյակներ կարող են ապահովել ոչ միայն քվանտային ինտերնետի համատարածությունը, այլև տիեզերքում քվանտային հաղորդակցությունը Մարսի և Լուսնի ապագա բնակավայրերի համար:
Ինչու մեզ պետք են նման արբանյակներ
Բայց ինչի՞ն է պետք նույնիսկ քվանտային կապի արբանյակը: Արդյո՞ք արդեն գոյություն ունեցող սովորական արբանյակները բավարար չեն: Բանն այն է, որ այս արբանյակները չեն փոխարինի սովորականներին։ Քվանտային հաղորդակցության սկզբունքն է կոդավորել և պաշտպանել առկա սովորական տվյալների փոխանցման ալիքները: Դրա օգնությամբ, օրինակ, անվտանգությունն արդեն ապահովվել էր 2007 թվականին Շվեյցարիայի խորհրդարանական ընտրությունների ժամանակ։։
The Battelle Memorial Institute, շահույթ չհետապնդող հետազոտական կազմակերպություն, տեղեկատվություն է փոխանակում ԱՄՆ-ի (Օհայո) և Իռլանդիայի (Դուբլին) մասնաճյուղերի միջև՝ օգտագործելով քվանտային խճճվածություն: Դրա սկզբունքը հիմնված է ֆոտոնների՝ լույսի տարրական մասնիկների վարքագծի վրա։ Նրանց օգնությամբ տեղեկատվությունը կոդավորվում և ուղարկվում է հասցեատիրոջը: Տեսականորեն միջամտության նույնիսկ ամենազգույշ փորձը հետք կթողնի։ Քվանտային ստեղնը անմիջապես կփոխվի, և հաքերի փորձը կավարտվի անիմաստ նիշերի հավաքածուով: Հետևաբար, բոլոր տվյալները, որոնք կփոխանցվեն այս հաղորդակցման ուղիներով, չեն կարող գաղտնալսվել կամ պատճենվել:
արբանյակկօգնի գիտնականներին փորձարկել բանալիների բաշխումը վերգետնյա կայանների և հենց արբանյակի միջև:
Քվանտային հաղորդակցությունը Չինաստանում կիրականացվի 2 հազար կմ ընդհանուր երկարությամբ օպտիկամանրաթելային մալուխների շնորհիվ և միավորում է 4 քաղաք՝ Շանհայից մինչև Պեկին։ Ֆոտոնների շարքը չի կարող անորոշ ժամանակով փոխանցվել, և որքան մեծ է կայանների միջև հեռավորությունը, այնքան մեծ է տեղեկատվության խաթարման հավանականությունը:
Որոշ հեռավորությունից հետո ազդանշանը մարում է, և գիտնականներին անհրաժեշտ է միջոց՝ ազդանշանը թարմացնելու յուրաքանչյուր 100 կմ-ը՝ տեղեկատվության ճիշտ փոխանցումը պահպանելու համար: Մալուխներում դա ձեռք է բերվում ապացուցված հանգույցների միջոցով, որտեղ բանալին վերլուծվում է, պատճենվում նոր ֆոտոններով և առաջ է շարժվում:
Մի քիչ պատմություն
1984 թվականին Բրասարդ Ջ.-ն Մոնրեալի համալսարանից և Բենեթ Ք.-ն IBM-ից առաջարկեցին, որ ֆոտոնները կարող են օգտագործվել կրիպտոգրաֆիայում՝ ապահով հիմնարար ալիք ստանալու համար: Նրանք առաջարկեցին գաղտնագրման բանալիների քվանտային վերաբաշխման պարզ սխեմա, որը կոչվում էր BB84:
Այս սխեման օգտագործում է քվանտային ալիք, որի միջոցով տեղեկատվությունը փոխանցվում է երկու օգտագործողների միջև բևեռացված քվանտային վիճակների տեսքով: Գաղտնալսող հաքերը կարող է փորձել չափել այս ֆոտոնները, բայց նա չի կարող դա անել, ինչպես նշվեց վերևում, առանց դրանք աղավաղելու։ 1989 թվականին IBM հետազոտական կենտրոնում Բրասարդը և Բենեթը ստեղծեցին աշխարհում առաջին գործող քվանտային գաղտնագրման համակարգը:
Ինչ է նշանակում քվանտ-օպտիկականգաղտնագրման համակարգ (KOKS)
COKS-ի հիմնական տեխնիկական բնութագրերը (սխալի արագություն, տվյալների փոխանցման արագություն և այլն) որոշվում են ալիք ձևավորող տարրերի պարամետրերով, որոնք ձևավորում, փոխանցում և չափում են քվանտային վիճակներ։ Սովորաբար COKS-ը բաղկացած է ընդունող և փոխանցող մասերից, որոնք միացված են փոխանցման ալիքով:
Ճառագայթման աղբյուրները բաժանված են 3 դասի.
- լազերներ;
- միկրոլազեր;
- լուսարձակող դիոդներ.
Օպտիկական ազդանշանների փոխանցման համար օպտիկամանրաթելային LED-ները օգտագործվում են որպես միջավայր՝ համակցված տարբեր դիզայնի մալուխների մեջ:
Քվանտային հաղորդակցության գաղտնիության բնույթը
Ազդանշաններից, որոնցում փոխանցվող տեղեկատվությունը կոդավորված է հազարավոր ֆոտոններով իմպուլսներով, անցնելով այն ազդանշաններին, որոնցում միջինում մեկ զարկերակում կա մեկից պակաս, քվանտային օրենքներ են գործում: Դասական ծածկագրության հետ այս օրենքների օգտագործումն է, որ ապահովում է գաղտնիություն:
Հայզենբերգի անորոշության սկզբունքն օգտագործվում է քվանտային գաղտնագրման սարքերում, և դրա շնորհիվ քվանտային համակարգը փոխելու ցանկացած փորձ փոփոխություններ է կատարում դրանում, և նման չափման արդյունքում առաջացած ձևավորումը ստացող կողմը որոշում է որպես կեղծ:
Քվանտային գաղտնագրությունը 100% հաքերակայուն է:
Տեսականորեն այո, բայց տեխնիկական լուծումները լիովին հուսալի չեն: Հարձակվողները սկսել են օգտագործել լազերային ճառագայթ, որով կուրացնում են քվանտային դետեկտորները, որից հետո դադարում են արձագանքել.ֆոտոնների քվանտային հատկությունները. Երբեմն օգտագործվում են բազմաֆոտոն աղբյուրներ, և հաքերները կարող են բաց թողնել դրանցից մեկը և չափել նույնական աղբյուրները:
