การสื่อสารควอนตัมในการดำเนินการ - คำอธิบายคุณลักษณะและข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ

ฟิสิกส์ควอนตัมนำเสนอใหม่อย่างสมบูรณ์วิธีการปกป้องข้อมูล เหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้คือตอนนี้ไม่สามารถสร้างช่องทางการสื่อสารที่ปลอดภัยได้หรือไม่? แน่นอนคุณสามารถ แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมได้สร้างขึ้นแล้วและในขณะที่พวกเขาจะกลายเป็นที่แพร่หลายขั้นตอนวิธีการเข้ารหัสสมัยใหม่จะไม่มีประโยชน์เนื่องจากคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพเหล่านี้สามารถแตกหักเศษเสี้ยววินาทีได้ การสื่อสารควอนตัมช่วยให้คุณสามารถเข้ารหัสข้อมูลโดยใช้โฟตอน - อนุภาคมูลฐาน

คอมพิวเตอร์เครื่องดังกล่าวมีสิทธิ์เข้าถึงควอนตัมchannel อย่างใดเปลี่ยนสถานะปัจจุบันของโฟตอน และพยายามหาข้อมูลจะทำให้เกิดความเสียหาย ความเร็วของการถ่ายโอนข้อมูลจะลดลงเมื่อเทียบกับแชแนลที่มีอยู่อื่น ๆ ตัวอย่างเช่นด้วยการสื่อสารทางโทรศัพท์ แต่การสื่อสารควอนตัมให้ระดับความลับมากขึ้น นี่เป็นข้อได้เปรียบใหญ่มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโลกสมัยใหม่เมื่ออาชญากรรมในโลกไซเบอร์เติบโตขึ้นทุกวัน

พันธบัตรควอนตัมสำหรับ "Dummies"

เมื่ออีเมลนกพิราบถูกผลักออกโทรเลขในทางกลับกันโทรเลขแทนที่วิทยุ แน่นอนว่าวันนี้มันไม่ได้ไปไหน แต่เทคโนโลยีสมัยใหม่อื่น ๆ ก็ปรากฏตัวขึ้น เพียงแค่สิบปีที่ผ่านมาอินเทอร์เน็ตไม่ได้รับการเผยแพร่เท่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันและเป็นเรื่องยากที่จะเข้าถึงได้จำเป็นต้องไปที่คลับอินเทอร์เน็ตซื้อการ์ดที่มีราคาแพงมาก ๆ เป็นต้นวันนี้โดยไม่ใช้อินเทอร์เน็ตเราไม่ได้ใช้เวลาเป็นชั่วโมงและเรากำลังรอคอย 5G

แต่มาตรฐานการสื่อสารใหม่ต่อไปจะไม่ได้รับการแก้ไขงานที่มีอยู่ก่อนองค์กรของการแลกเปลี่ยนข้อมูลโดยใช้อินเทอร์เน็ตรับข้อมูลจากดาวเทียมจากการตั้งถิ่นฐานบนดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ข้อมูลเหล่านี้ทั้งหมดต้องได้รับการปกป้องอย่างน่าเชื่อถือ และสามารถจัดระเบียบด้วยความช่วยเหลือของสิ่งที่เรียกว่าควอนตัมพัวพัน

อะไรคือพันธบัตรควอนตัม? สำหรับ "Dummies" อธิบายปรากฏการณ์นี้ว่าเป็นลักษณะของควอนตัมที่แตกต่างกัน มันยังคงอยู่แม้ในขณะที่อนุภาคมีระยะห่างจากกันและกันระยะทางที่ดี เข้ารหัสและส่งผ่านข้อมูลด้วยความช่วยเหลือของสิ่งกีดขวางควอนตัมคีย์จะไม่ให้ข้อมูลใด ๆ ที่มีค่าแก่โจรผู้ร้ายที่จะพยายามสกัดกั้น สิ่งที่พวกเขาได้รับคือตัวเลขที่แตกต่างกันเนื่องจากสถานะของระบบที่มีการแทรกแซงจากภายนอกจะมีการเปลี่ยนแปลง

แต่การสร้างระบบการรับส่งข้อมูลทั่วโลกไม่ใช่เป็นไปได้เพราะหลังจากไม่กี่สิบกิโลเมตรสัญญาณก็จางหายไป ดาวเทียมที่เปิดตัวในปีพ. ศ. 2562 จะช่วยให้ตระหนักถึงรูปแบบของการถ่ายโอนคีย์ควอนตัมในระยะทางมากกว่า 7,000 กิโลเมตร

ความสำเร็จครั้งแรกที่ใช้การเชื่อมต่อใหม่

โปรโตคอลการเข้ารหัสข้อมูลควอนตัมฉบับแรกได้รับเมื่อปีพ. ศ. 2527 ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ใช้ในภาคการธนาคาร บริษัท ที่มีชื่อเสียงมีระบบ cryptosystems ที่สร้างขึ้นโดยพวกเขา

สายการสื่อสารควอนตัมดำเนินการสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกมาตรฐาน ในรัสเซียช่องทางการป้องกันแรกถูกวางไว้ระหว่างสำนักงานของ Gazprombank ใน Novy Cheryomushki และ Wall Wall ความยาวทั้งหมดคือ 30.6 กม. มีข้อผิดพลาดในการถ่ายโอนคีย์เกิดขึ้น แต่เปอร์เซ็นต์ของพวกเขาน้อยที่สุด - เพียง 5% เท่านั้น

จีนได้เปิดตัวดาวเทียมสื่อสารควอนตัม

ดาวเทียมดวงแรกของโลกที่เปิดตัวในรูปแบบนี้ประเทศจีน จรวด Long March-2D เปิดตัวเมื่อวันที่ 16 สิงหาคม 2016 จาก Cosmodrome Tszyu-Quan ดาวเทียมที่มีน้ำหนัก 600 กิโลกรัมจะบินเป็นเวลา 2 ปีในวงโคจรดวงอาทิตย์โคจรสูง 310 กิโลเมตร (หรือ 500 กิโลเมตร) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ "การทดลองควอนตัมในระดับจักรวาล" ระยะเวลาการหมุนเวียนของเครื่องมือรอบโลกเท่ากับหนึ่งชั่วโมงครึ่ง

ดาวเทียมสื่อสารควอนตัมเรียกว่า Micius หรือ"Mo-Tzu" เพื่อเป็นเกียรติแก่นักปรัชญาผู้อาศัยในศตวรรษที่ 5 และเป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปเป็นคนแรกที่ทำการทดลองเกี่ยวกับแสง นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษากลไกการพัวพันควอนตัมและทำการเคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างดาวเทียมและห้องปฏิบัติการในทิเบต

หลังโอนสถานะควอนตัมของอนุภาคไประยะทางที่ระบุ เมื่อต้องการใช้กระบวนการนี้คุณต้องมีอนุภาคที่พันกัน (กล่าวคือเชื่อมโยงกัน) ซึ่งอยู่ห่างจากกันและกัน ตามฟิสิกส์ควอนตัมพวกเขาสามารถจับข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของคู่ค้าได้แม้จะห่างกัน นั่นคือมันเป็นไปได้ที่จะมีอิทธิพลต่ออนุภาคที่อยู่ในจักรวาลที่ห่างไกลส่งผลกระทบต่อคู่ค้าซึ่งอยู่ใกล้เคียงในห้องปฏิบัติการ

ดาวเทียมจะสร้างโฟตอนสองตัวและส่งพวกเขาไปยังโลก หากประสบการณ์ประสบความสำเร็จจะเป็นจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ หลายสิบดาวเทียมดังกล่าวสามารถไม่เพียง แต่ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะมีการแพร่กระจายอย่างแพร่หลายของอินเทอร์เน็ตควอนตัม แต่ยังมีการสื่อสารควอนตัมในอวกาศเพื่อการตั้งถิ่นฐานในอนาคตบนดาวอังคารและบนดวงจันทร์

ทำไมเราต้องใช้ดาวเทียมดังกล่าว

แต่ทำไมต้องมีดาวเทียมสื่อสารควอนตัม? ดาวเทียมธรรมดาไม่เพียงพอหรือไม่? ความจริงก็คือดาวเทียมเหล่านี้จะไม่แทนที่คนทั่วไป หลักการของการสื่อสารควอนตัมคือการเข้ารหัสและการป้องกันช่องทางส่งข้อมูลแบบเดิมที่มีอยู่ ด้วยความช่วยเหลือเช่นการรักษาความปลอดภัยได้รับการยืนยันแล้วในระหว่างการเลือกตั้งรัฐสภาในปีพ. ศ. 2550 ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์

องค์กรที่ไม่มุ่งหวังผลกำไรBattelle Memorial Institute ดำเนินการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างสำนักงานในประเทศสหรัฐอเมริกา (รัฐโอไฮโอ) และไอร์แลนด์ (ดับลิน) โดยใช้ข้อตกลงควอนตัม หลักการของมันขึ้นอยู่กับพฤติกรรมของโฟตอน - อนุภาคมูลฐานของแสง ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขาข้อมูลจะถูกเข้ารหัสและส่งไปยังผู้รับ ในทางทฤษฎีแม้แต่ความพยายามที่ถูกต้องที่สุดในการแทรกแซงก็จะทิ้งร่องรอยไว้ คีย์ควอนตัมจะเปลี่ยนทันทีและแฮ็กเกอร์พยายามจะได้รับชุดอักขระที่ไม่มีความหมาย ดังนั้นข้อมูลทั้งหมดที่จะถูกส่งผ่านช่องทางการสื่อสารเหล่านี้ไม่สามารถถูกดักฟังหรือคัดลอกได้

ดาวเทียมจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ทดสอบการกระจายของคีย์ระหว่างสถานีภาคพื้นดินกับดาวเทียมได้

การสื่อสารควอนตัมในประเทศจีนจะเกิดขึ้นขอบคุณสายเคเบิลใยแก้วนำแสงความยาวรวม 2 พันกิโลเมตรและเชื่อมต่อ 4 เมืองจากเซี่ยงไฮ้ไปปักกิ่ง โฟตอนไม่สามารถถ่ายทอดออกไปได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุดและยิ่งระยะห่างระหว่างสถานีมากเท่าใดโอกาสที่ข้อมูลจะได้รับความเสียหายมากขึ้น

หลังจากผ่านไประยะหนึ่งสัญญาณจะจางหายไปและนักวิทยาศาสตร์เพื่อให้สามารถรับข้อมูลได้ถูกต้องคุณต้องมีวิธีในการอัพเดตสัญญาณทุกๆ 100 กม. ในสายเคเบิลนี้ทำได้โดยการใช้โหนดที่ได้รับการพิสูจน์แล้วซึ่งมีการวิเคราะห์คีย์ถูกคัดลอกโดยโฟตอนใหม่และดำเนินต่อไป

ประวัติความเป็นมา

2527 ใน Brassard เจ จากมหาวิทยาลัยมอนทรีออลและเบนเน็ตต์ซีจากไอบีเอ็มชี้ว่าโฟตอนสามารถนำมาใช้ในการเข้ารหัสเพื่อหาช่องทางพื้นฐานที่ได้รับการป้องกัน พวกเขาเสนอโครงการง่ายๆสำหรับแจกจ่ายควอนตัมของคีย์การเข้ารหัสซึ่งเรียกว่า BB84

โครงการนี้ใช้ช่องควอนตัมตามที่ข้อมูลระหว่างผู้ใช้สองคนจะถูกส่งผ่านในรูปแบบของรัฐควอนตัมโพลาไรเซชัน คนหูหนวกฟังพวกเขาสามารถลองวัดโฟตอนเหล่านี้ได้ แต่เขาไม่สามารถทำตามที่ระบุไว้ข้างต้นได้โดยไม่ต้องบิดเบือนข้อมูลเหล่านี้ ในปี พ.ศ. 2532 ที่ศูนย์วิจัยไอบีเอ็ม Brassard และ Bennett ได้สร้างระบบการเข้ารหัสควอนตัมแบบควอนตัมแบบแรกของโลก

ระบบการเข้ารหัสลับควอนตัม - โค๊ตคืออะไร (KOKS)

คุณสมบัติทางเทคนิคหลักของ COX (สัมประสิทธิ์ข้อผิดพลาดอัตราข้อมูล ฯลฯ ) จะถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ขององค์ประกอบสร้างช่องทางที่สร้างส่งและวัดสถานะควอนตัม โดยปกติแล้ว COCS ประกอบด้วยส่วนรับและส่งสัญญาณที่เชื่อมต่อกันโดยช่องสัญญาณ

แหล่งที่มาของรังสีแบ่งออกเป็น 3 ชั้น:

• เลเซอร์;
• microlasers;
• ไดโอดเปล่งแสง

ในการส่งสัญญาณแสงเป็นสื่อให้ใช้ไฟ LED ใยแก้วนำแสงรวมกับสายไฟที่มีการออกแบบที่แตกต่างกัน

ลักษณะของความลับของพันธะควอนตัม

การส่งผ่านจากสัญญาณที่ส่งข้อมูลถูกเข้ารหัสด้วยพัลส์ที่มีโฟตอนนับพัน ๆ สัญญาณซึ่งโดยเฉลี่ยแล้วจะมีการคำนวณน้อยกว่าหนึ่งในหนึ่งชีพจรกฎควอนตัมเข้ามาเล่น เป็นการใช้กฎหมายเหล่านี้กับการเข้ารหัสแบบคลาสสิกที่ทำให้สามารถบรรลุความลับได้

หลักการความไม่แน่นอน Heisenberg ถูกนำมาใช้ในระบบการเข้ารหัสลับควอนตัมและขอบคุณที่ความพยายามใด ๆ ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในระบบควอนตัมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงและรูปแบบที่ได้รับอันเป็นผลมาจากการวัดดังกล่าวจะถูกกำหนดโดยฝ่ายที่ยอมรับว่าเป็นเท็จ

การเข้ารหัสเชิงควอนตัมให้การรับประกัน 100% เมื่อเทียบกับการแฮ็กหรือไม่?

ในทางทฤษฎีให้ แต่ทางเทคนิคไม่ได้แก้ปัญหาน่าเชื่อถืออย่างแน่นอน ผู้โจมตีเริ่มใช้ลำแสงเลเซอร์ซึ่งทำให้พวกเขาตาบอดเครื่องตรวจควอนตัมหลังจากที่พวกเขาหยุดตอบสนองต่อสมบัติเชิงควอนตัมของโฟตอน บางครั้งมีการใช้แหล่งข้อมูลหลายโฟตอนและผู้โจมตีอาจสามารถข้ามไปหนึ่งคนและวัดค่าที่เหมือนกันได้