Komunikazzjoni quantika fl-azzjoni - deskrizzjoni, karatteristiċi u fatti interessanti

Il-fiżika kwantistika toffri mod kompletament ġdid ta 'protezzjoni ta' l-informazzjoni. Għaliex hija meħtieġa, huwa impossibbli li jinbena kanal sigur ta 'komunikazzjoni issa? Of course, tista '. Iżda l-kompjuters quantum diġà ġew maħluqa, u fil-mument meta dawn isiru mifruxa kullimkien, algoritmi moderni ta 'encryption se jkunu inutli, peress li dawn il-kompjuters b'saħħithom jistgħu jinqasmu fi frazzjoni ta' sekonda. Komunikazzjoni Quantum jippermettilek li tikkrypt informazzjoni bl-użu ta 'fotoni - partiċelli elementari.

Kompjuters bħal dawn, li għandhom aċċess għal kanal quantum, b'xi mod ibiddlu l-istat attwali tal-fotoni. U jippruvaw jiksbu informazzjoni dan se jagħmel ħsara. Il-veloċità tat-trasferiment ta 'l-informazzjoni hija, ovvjament, inqas, meta mqabbla ma' kanali oħra eżistenti, per eżempju, b'komunikazzjoni tat-telefon. Iżda l-komunikazzjoni quantum tipprovdi livell ferm akbar ta 'segretezza. Dan, ovvjament, huwa vantaġġ kbir ħafna. Speċjalment fid-dinja moderna, meta ċ-ċiberkriminalità qed tikber kuljum.

Bond kwantitattiv għal "manikini"

Ladarba l-posta tal-ħamiem ġiet sostitwita permezz ta 'telegrafu, min-naħa tiegħu, it-telegrafija rtirat ir-radju. Naturalment, huwa llum, ma marret kullimkien, iżda dehru teknoloġiji moderni oħra. Ftit għaxar snin ilu, l-Internet ma kienx imqassam kif kien illum u kien diffiċli biex jinkiseb aċċess għaliha - kien meħtieġ li wieħed imur fuq klabbs tal-Internet, jixtri kards għaljin ħafna, eċċ. Illum, mingħajr l-Internet, ma ngħixux siegħa u aħna nħarsu 'l quddiem 5G.

Imma l-istandard ta 'komunikazzjoni l-ġdid li jmiss ma jsolvix il-kompiti li qed jiffaċċjaw l-organizzazzjoni ta' l-iskambju tad-data bl-għajnuna ta 'l-Internet, li jirċievi data minn satelliti minn soluzzjonijiet fuq pjaneti oħra, eċċ. Din id-data kollha għandha tkun protetta b'mod affidabbli. U jista 'jiġi organizzat bl-għajnuna ta' l-hekk imsejjaħ entanglement quantum.

X'inhu bond quantum? Għal "manikini" spjega dan il-fenomenu bħala konnessjoni ta 'karatteristiċi quantum differenti. Jippersisti anke meta l-partiċelli huma spazjati minn xulxin f'distanza kbira. Ikkriptat u trasmess bl-għajnuna ta 'l-intanġar tal-quantum, iċ-ċavetta mhux ser tipprovdi informazzjoni siewja lill-burglars, li jippruvaw jinterċettawha. Kollha li jirċievu huma numri differenti, minħabba li l-istat tas-sistema, b'intervent estern, se jinbidel.

Iżda ma kienx possibbli li tinħoloq sistema ta 'trażmissjoni tad-data mad-dinja kollha, għax wara ftit għexieren ta' kilometri s-sinjal faded. Is-satellita mnedija fl-2016 se tgħin biex tirrealizza l-iskema tat-trasferiment tal-kjavi quantum fuq distanzi ta 'aktar minn 7000 km.

L-ewwel tentattivi ta 'suċċess biex tintuża l-konnessjoni l-ġdida

L-ewwel protokoll ta 'kriptografija quantum inkiseb fl-1984. Illum din it-teknoloġija tintuża b'suċċess fis-settur bankarju. Kumpaniji famużi joffru kripto-sistemi maħluqa minnhom.

Il-linja tal-komunikazzjoni tal-kwantum titwettaq fuq kejbil tal-fibra ottika standard. Fir-Russja, l-ewwel kanal protett tqiegħed bejn il-fergħat tal-Gazprombank f'Novye Cheryomushki u l-Ħajt tal-Ħajt. It-tul totali huwa ta '30.6 km, jseħħu żbalji fit-trasferiment taċ-ċavetta, iżda l-persentaġġ tagħhom huwa minimu - 5% biss.

Iċ-Ċina nediet satellita ta 'komunikazzjoni quantum

L-ewwel satellita tad-dinja ta 'dan it-tip tnediet fiċ-Ċina. Ir-rokit Long March-2D tnieda fis-16 ta 'Awwissu 2016 mill-cosmodrome Tszyu-Quan. Satellita li tiżen 600 kg titlaq għal sentejn fuq orbita sinkronika tax-xemx, ta '310 km (jew 500 km) għolja bħala parti mill-programm "Esperimenti kwantistiċi fuq skala kożmika". Il-perjodu ta 'ċirkolazzjoni ta' l-apparat madwar id-Dinja huwa ugwali għal siegħa u nofs.

Is-satellita tal-bond quantum tissejjaħ Micius, jew "Mo-Tzu", fl-unur tal-filosofu li għex fis-seklu 5 AD. U, kif inhu maħsub, kien l-ewwel li wettaq esperimenti ottiċi. Ix-xjentisti se jistudjaw il-mekkaniżmu tat-taħlit quantum u jwettqu s -teleportazzjoni kwantistika bejn satellita u laboratorju fit-Tibet.

Dan ta 'l-aħħar jittrasferixxi l-istat tal-kwantum tal-partikula għal distanza partikolari. Biex timplimenta dan il-proċess, għandek bżonn par ta 'partiċelli mħabbla (fi kliem ieħor, konkatenati) li huma' l bogħod minn xulxin. Skont il-fiżika tal-kwantistika, huma jistgħu jaqbdu informazzjoni dwar l-istatus ta 'sieħeb, anke jekk ikunu' l bogħod minn xulxin. Jiġifieri, huwa possibbli li tinfluwenza partiċella li tinsab fi atmosfera imbiegħda, li taffettwa s-sieħeb tagħha, li huwa viċin, fil-laboratorju.

Is-satellita se toħloq żewġ fotoni mħarrġa u tibgħathom lejn id-Dinja. Jekk l-esperjenza tirnexxi, se timmarka l-bidu ta 'era ġdida. Għexieren ta 'satelliti bħal dawn jistgħu mhux biss jiżguraw it-tixrid mifrux tal-internet quantum, iżda wkoll il-komunikazzjoni quantum fl-ispazju għal soluzzjonijiet futuri fuq Mars u fuq il-Qamar.

Għaliex għandna bżonn satelliti bħal dawn

Imma għaliex għandna bżonn satellita ta 'komunikazzjoni quantum? Mhuwiex biżżejjed is-satelliti konvenzjonali eżistenti? Il-fatt hu li dawn is-satelliti mhux ser jissostitwixxu dawk konvenzjonali. Il-prinċipju tal-komunikazzjoni quantum huwa l-kodifikazzjoni u l-protezzjoni tal-kanali tat-trażmissjoni tad-data konvenzjonali eżistenti. Bl-għajnuna tagħha, per eżempju, is-sigurtà kienet diġà żgurata matul l-elezzjonijiet parlamentari tal-2007 fl-Isvizzera.

L-organizzazzjoni ta 'riċerka mhux għall-profitt Battelle Memorial Institute tmexxi skambju ta' informazzjoni bejn uffiċċji fl-Istati Uniti (l-Istat ta 'Ohio) u l-Irlanda (Dublin) bl-użu ta' Il-prinċipju tiegħu huwa bbażat fuq l-imġiba tal-fotoni - partiċelli elementari tad-dawl. Bl-għajnuna tagħhom, l-informazzjoni hija kkodifikata u mibgħuta lid-destinatarju. Teoretikament, anki l-attentat l-iktar preċiż ta 'intervent se jħalli traċċa. Iċ-ċavetta quantum tinbidel immedjatament, u l-attentat tal-hacker jirċievi sett ta 'karattru bla sens. Għalhekk, id-data kollha li se tiġi trasmessa permezz ta 'dawn il-kanali ta' komunikazzjoni ma tistax tiġi interċettata jew ikkupjata.

Is-satellita se tgħin lix-xjenzjati jittestjaw it-tqassim tal-muftieħ bejn l-istazzjonijiet tal-art u s-satellita nfisha

Il-komunikazzjoni quantum fiċ-Ċina se titwettaq grazzi għal kejbils tal-fibra ottika, b'tul totali ta '2000 km u li jgħaqqad 4 bliet minn Shanghai għal Beijing. Serje ta 'fotoni ma tistax tiġi trażmessa b'mod infinit, u iktar ma tkun kbira d-distanza bejn l-istazzjonijiet, iktar ikun hemm ċans li l-informazzjoni tkun se ssirlu ħsara.

Wara li jgħaddi xi distanza, is-sinjal jgħib, u x-xjentisti, sabiex tinżamm it-trasmissjoni korretta tal-informazzjoni, jeħtieġ mod kif taġġorna s-sinjal kull 100 km. Fil-kejbils, dan jinkiseb billi jintużaw nodi ttestjati li fihom tiġi analizzata ċ-ċavetta, ikkuppjata minn fotoni ġodda u tkompli.

Ftit storja

Fl-1984, Brassard J. tal-Università ta 'Montreal u Bennett Ch. Minn IBM issuġġerixxa li l-fotoni jistgħu jintużaw fil-kriptografija biex jiksbu kanal fundamentali protett. Huma pproponew skema sempliċi għar-ridistribuzzjoni kwantistika ta 'ċwievet ta' encryption, li kienet tissejjaħ BB84.

Dan iċ-ċirkwit juża kanal quantum, li permezz tiegħu l-informazzjoni bejn żewġ utenti tintbagħat fil-forma ta 'stati quantum polarizzati. Eavesdropper jismahom jista 'jipprova jkejjel dawn il-fotoni, imma hu ma jistax jagħmel dan, kif iddikjarat hawn fuq, mingħajr ma jgħawweġhom. Fl-1989, fiċ-Ċentru ta 'Riċerka ta' IBM, Brassard u Bennett ħolqu l-ewwel sistema kriptografika tal-kwantum ta 'ħidma fid-dinja.

X'inhi s-sistema kriptografika quantum-optical (KOKS)

Il-karatteristiċi bażiċi tas-COCS (rata ta 'żball, rata ta' trasferiment tad-data, eċċ.) Huma determinati mill-parametri tal-elementi li jiffurmaw il-kanal li jiġġeneraw, jittrażmettu u jkejlu l-istati kwantistiċi. Normalment, is-COCS jikkonsisti minn partijiet li jirċievu u li jittrażmettu li huma konnessi minn kanal ta 'trażmissjoni.

Is-sorsi tar-radjazzjoni huma maqsuma fi 3 klassijiet:

• Lasers;
• Mikrolasers;
• Dijowds li jarmu d-dawl.

Biex jittrasmetti s-sinjali ottiċi bħala medju, uża l-LEDs tal-fibra ottika, kombinati f'wajers ta 'disinn differenti.

In-natura tas-segretezza tat-twaħħil tal-kwantum

It-trasferiment minn sinjali li fihom l-informazzjoni trażmessa hija kodifikata minn impulsi b'eluf ta 'fotoni, għas-sinjali li fihom pulzier wieħed, bħala medja, jammonta għal anqas minn waħda, liġijiet quantum jidħlu fis-seħħ. Huwa l-użu ta 'dawn il-liġijiet bi kriptografija klassika li tagħmilha possibbli li tinkiseb is-segretezza.

Il- prinċipju ta 'l- inċertezza ta' Heisenberg jintuża f'apparat kriptografiku tal-kwantum u grazzi għalih kwalunkwe tentattiv ta 'bidla fis-sistema tal-kwantum jagħmel bidliet għalih, u l-formazzjoni miksuba bħala riżultat ta' tali kejl hija determinata mill-parti aċċettata bħala falza.

Il-kriptografija quantum tagħti garanzija ta '100% kontra l-hacking?

Teoretikament tagħti, iżda soluzzjonijiet tekniċi mhumiex kompletament affidabbli. L-attakkanti bdew jużaw raġġ tal-lejżer, li magħhom jagħrfu d-ditekters tal-kwantum, u warajhom ma jibqgħux jirrispondu għall-proprjetajiet kwantistiċi tal-fotoni. Kultant jintużaw sorsi multi-fotoni, u l-crackers jistgħu jaqbżu waħda minnhom u jkejlu dawk identiċi.