Суббота20 октября
Образование

Квантовая связь в действии - описание, особенности и интересные факты

5 апреля 2017

Квантовая физика предлагает абсолютно новый способ защиты информации. Зачем он нужен, разве сейчас нельзя проложить защищенный канал связи? Безусловно, можно. Но уже созданы квантовые компьютеры, и в тот момент, когда они станут распространены повсеместно, современные алгоритмы шифрования будут бесполезны, так как эти мощные компьютеры смогут взламывать их за доли секунды. Квантовая связь позволяет шифровать информацию при помощи фотонов — элементарных частиц.

Такие компьютеры, получив доступ к квантовому каналу, так или иначе изменят настоящее состояние фотонов. И попытка получить информацию приведет к ее повреждению. Скорость передачи информации, конечно, ниже, по сравнению с другими, ныне существующими каналами, например, с телефонной связью. Но квантовая связь обеспечивает гораздо больший уровень секретности. Это, естественно, очень большой плюс. Особенно в современном мире, когда киберпреступность растет с каждым днем.

квантовая связь

Квантовая связь для "чайников"

Когда-то голубиная почта была вытеснена телеграфом, в свою очередь, телеграф вытеснило радио. Конечно, оно сегодня, никуда не делось, но появились другие современные технологии. Всего десять лет назад Интернет не был распространен так, как сегодня и доступ к нему было получить достаточно сложно — приходилось ехать в интернет-клубы, покупать весьма дорогие карточки и т. д. Сегодня без Интернета мы не проживаем ни часа, и с нетерпением ждем 5G.

Но очередной новый стандарт связи не решит задачи, которые стоят сейчас перед организацией обмена данными при помощи Интернета, получения данных со спутников из поселений на других планетах и т. п. Все эти данные должны быть надежно защищены. А организовывать это можно при помощи так называемой квантовой запутанности.

Что же такое квантовая связь? Для "чайников" объясняют это явление как связь разных квантовых характеристик. Она сохраняется даже тогда, когда частицы разнесены друг от друга на большое расстояние. Зашифрованный и переданный при помощи квантовой запутанности ключ, не предоставит никакой ценной информации взломщикам, которые попытаются его перехватить. Все, что они получат — это другие цифры, так как состояние системы, при внешнем вмешательстве, будет изменено.

Но создать всемирную систему передачи данных не удавалось, так как уже через несколько десятков километров сигнал затухал. Спутник, запущенный в 2016 г., поможет реализовать схему квантовой передачи ключей на расстояния больше 7 тыс. км.

спутник квантовой связи

Первые успешные попытки использования новой связи

Самый первый протокол квантовой криптографии был получен в 1984 г. Сегодня эта технология успешно используется в банковской сфере. Известные компании предлагают созданные ими криптосистемы.

Квантовая линия связи осуществляется на стандартном оптоволоконном кабеле. В России первый защищенный канал был проложен между отделениями "Газпромабанка" в Новых Черемушках и на Коровьем валу. Общая длина равняется 30,6 км, ошибки при передаче ключа возникают, но их процент минимален — всего 5%.

принцип квантовой связи

Видео по теме

Китай запустил спутник квантовой связи

Первый в мире подобный спутник был запущен в Китае. Ракета Long March-2D стартовала 16 августа 2016 г. с космодрома Цзю-Цюань. Спутник весом 600 кг будет 2 года летать по солнечно-синхронной орбите, высотой 310 миль (или 500 км) в рамках программы "Квантовые эксперименты в космическом масштабе". Период обращения аппарата вокруг Земли равняется полутора часам.

Спутник квантовой связи называется Micius, или "Мо-Цзы", в честь философа, который жил в V в.н.э. и, как принято считать, первым проводил оптические эксперименты. Ученые собираются изучить механизм квантовой запутанности и провести квантовую телепортацию между спутником и лабораторией в Тибете.

Последняя передает квантовое состояние частицы на заданное расстояние. Для реализации этого процесса нужна пара запутанных (иначе говоря, сцепленных) частиц, находящихся на расстоянии друг от друга. Согласно квантовой физике, они способны улавливать информацию о состоянии партнера, даже находясь далеко друг от друга. То есть можно оказывать воздействие на частицу, которая находится в далеком космосе, воздействуя на ее партнера, который находится рядом, в лаборатории.

Спутник будет создавать два запутанных фотона и отправлять их на Землю. Если опыт будет удачным, он ознаменует собой начало новой эры. Десятки подобных спутников смогут не только обеспечить повсеместное распространение квантового интернета, но и квантовую связь в космосе для будущих поселений на Марсе и на Луне.

китай запустил спутник квантовой связи

Зачем нужны такие спутники

Но зачем вообще нужен спутник квантовой связи? Разве уже существующих обычных спутников не достаточно? Дело в том, что эти спутники не будут заменять обычные. Принцип квантовой связи состоит в кодировании и защите существующих обычных каналов передачи данных. С ее помощью, например, уже обеспечивалась безопасность во время проведения парламентских выборов в 2007 году в Швейцарии.

Некоммерческая исследовательская организация Баттельский мемориальный институт, проводит обмен информацией между отделениями в США (штат Огайо) и в Ирландии (Дублин) используя квантовую запутанность. Принцип ее основан на поведении фотонов — элементарных частиц света. С их помощью кодируется информация и отправляется адресату. Теоретически, даже самая аккуратная попытка вмешательства, оставит след. Квантовый ключ изменится сразу же, и хакер, предпринявший попытку, получит бессмысленный символьный набор. Поэтому все данные, которые будут передавать через эти каналы связи, невозможно перехватить или скопировать.

Спутник поможет ученым тестировать распределение ключа между наземными станциями и самим спутником.

квантовая связь для чайников

Квантовая связь в Китае будет реализована благодаря оптоволоконным кабелям, общей протяженностью 2 тыс. км и объединяющих 4 города от Шанхая до Пекина. Серии фотонов бесконечно передаваться не могут, и чем больше расстояние между станциями, тем выше шанс того, что информация будет повреждена.

Пройдя какое-то расстояние, сигнал затухает, и ученым, для того чтобы поддерживать корректную передачу информации, нужен способ обновления сигнала спустя каждые 100 км. В кабелях это достигается с помощью проверенных узлов, в которых ключ анализируется, копируется новыми фотонами и идет дальше.

Немного истории

В 1984 г. Брассард Ж. из Монреальского университета и Беннет Ч. из IBM предположили, что фотоны можно использовать в криптографии для получения защищенного фундаментального канала. Ими была предложена простая схема квантового перераспределения шифровальных ключей, которая была названа ВВ84.

Схема эта использует квантовый канал, по которому информация между двумя пользователями передается в виде поляризованных квантовых состояний. Подслушивающий их хакер может попытаться измерить эти фотоны, но он не может это сделать, как сказано выше, не внеся в них искажения. В 1989 г. в Исследовательском центре IBM Брассард и Беннет создали первую в мире работающую квантово-криптографическую систему.

квантовая связь в китае

Из чего состоит квантово-оптическая криптографическая система (КОКС)

Основные теххарактеристики КОКС (коэффициент ошибок, скорость передачи данных и т.п.) определены параметрами образующих канал элементов, которые формируют, передают и измеряют квантовые состояния. Обычно КОКС состоит из приемной и передающей частей, которые связаны каналом передачи.

Источники излучения разделяются на 3 класса:

  • лазеры;
  • микролазеры;
  • светоизлучающие диоды.

Для передачи оптических сигналов в качестве среды используют волоконно-оптические светодиоды, объединенные в кабели разной конструкции.

Природа секретности квантовой связи

Переходя от сигналов, в которых передаваемая информация кодируется импульсами с тысячами фотонов, к сигналам, в которых на один импульс, в среднем, приходится их меньше единицы, в действие вступают квантовые законы. Именно использование этих законов с классической криптографией позволяет достигать секретности.

Принцип неопределенности Гейзенберга применяется в квантово-криптографических аппаратах и благодаря ему любые попытки изменения в квантовой системе вносят в нее изменения, и формация, полученная в результате подобного измерения, определяется принимаемой стороной как ложная.

квантовая линия связи

Дает ли квантовая криптография 100% гарантию от взлома?

Теоретически дает, но технические решения не совсем надежны. Злоумышленники стали использовать лазерный луч, с помощью которого они ослепляют квантовые детекторы, после чего те перестают реагировать на квантовые свойства фотонов. Иногда используются многофотонные источники, и взломщики могут получать возможность пропускать один из них и измерять идентичные.

Источник: fb.ru
Похожие материалы
Самый крупный бриллиант в мире: описание, особенности и интересные факты Мода
Самый крупный бриллиант в мире: описание, особенности и интересные факты

Со времен расцвета цивилизации человечество на протяжении многих столетий проявляло особый интерес к драгоценностям и золоту. Это касается не только прекрасной половины человечества – наших дорогих женщин, но и ...

Самые большие руки в мире - описание, особенности и интересные факты Новости и общество
Самые большие руки в мире - описание, особенности и интересные факты

В связи с большим вниманием, которого удостоился один из жителей нашей страны по имени Кирилл Терешин, народу стало интересно – у кого самые большие руки в мире? Попробуем разобраться в этом вопросе, а заодно уз...

Самые большие кладбища в мире: список, описание, особенности и интересные факты Новости и общество
Самые большие кладбища в мире: список, описание, особенности и интересные факты

Как утверждается в известной шутке, никто не выйдет живым из переделки под названием жизнь. Именно поэтому большинство деревень, не говоря уже о городах, имеют собственные кладбища. Среди них есть настоящие гиганты, з...

Государство в Восточной Африке Эритрея: столица, описание, особенности и интересные факты Новости и общество
Государство в Восточной Африке Эритрея: столица, описание, особенности и интересные факты

Довольно интересной страной является Эритрея. Государство Эритрея в Восточной Африке, ставшее независимым в 1993-м, омывается водами Красного моря. С западной стороны с ним соседствует Судан, на юге – Эфиопия, а...

Белизский Барьерный риф в Северной Америке: описание, особенности и интересные факты Новости и общество
Белизский Барьерный риф в Северной Америке: описание, особенности и интересные факты

Карибский бассейн знаменит самыми загадочными островами и береговой линией, биосфера которых не изучена до сих пор даже на 10%. Одно из красивейших мест в Карибских водах - Белизский барьерный риф протяженностью прибл...

Отдых в поселке Морское, Крым: отзывы, описание, особенности и интересные факты Путешествия
Отдых в поселке Морское, Крым: отзывы, описание, особенности и интересные факты

На юго-востоке Крыма находится село Морское. Оно относится с 2014 года к городскому округу Судак и находится в составе РФ. Это место имеет древнюю историю, так как оно было очень удобно для людей.

В каких климатических поясах расположена Австралия - описание, особенности и интересные факты Образование
В каких климатических поясах расположена Австралия - описание, особенности и интересные факты

Австралия - самый маленький материк Земли. Кроме этого, он также носит титул самого жаркого и засушливого. Большей части континента не хватает влаги, поэтому здесь очень много пустынь и полупустынь, особенно в централ...

Река Тузлов в Ростовской области: описание, особенности и интересные факты Новости и общество
Река Тузлов в Ростовской области: описание, особенности и интересные факты

Природа Ростовской области не очень богата, но она не лишена некоторой доли разнообразия, выражающейся в рельефе ее территории, в животном и растительном мире, в богатстве недр, а также в соотношении водных артерий и ...

15 августа какой праздник в России? История, особенности и интересные факты Дом и семья
15 августа какой праздник в России? История, особенности и интересные факты

Россия - страна богатая на праздники и знаменательные даты. А бывают такие дни, в которые отмечается даже не одно событие, а несколько. Каждый день в сущности своей является каким-нибудь праздником. Есть известные все...

Сколько спутников у Урана: описание, особенности и интересные факты Духовное развитие
Сколько спутников у Урана: описание, особенности и интересные факты

"Он уже который векСреди братьев-римлян грек,И сквозь космоса тоскуМчится, лежа на боку."Олеся ЕмельяноваЛедяной гигантУран – седьмая по счету и третья по размер...