فیزیک کوانتومی روشی کاملاً جدید برای محافظت از اطلاعات ارائه می دهد. چرا لازم است، آیا اکنون نمی توان یک کانال ارتباطی امن ایجاد کرد؟ البته که میتوانید. اما رایانه‌های کوانتومی قبلاً ساخته شده‌اند، و در لحظه‌ای که همه‌جا فراگیر شوند، الگوریتم‌های رمزگذاری مدرن بی‌فایده خواهند بود، زیرا این رایانه‌های قدرتمند می‌توانند آنها را در کسری از ثانیه شکست دهند. ارتباطات کوانتومی به شما امکان می دهد اطلاعات را با استفاده از فوتون ها - ذرات بنیادی رمزگذاری کنید.
چنین رایانه‌هایی که به کانال کوانتومی دسترسی پیدا کرده‌اند، به هر طریقی وضعیت واقعی فوتون‌ها را تغییر می‌دهند. و تلاش برای به دست آوردن اطلاعات باعث فساد آن می شود. سرعت انتقال اطلاعات، البته، کمتر از سایر کانال های موجود در حال حاضر، به عنوان مثال، با ارتباطات تلفنی است. اما ارتباطات کوانتومی سطح بسیار بیشتری از رازداری را فراهم می کند. این، البته، یک مزیت بسیار بزرگ است. به خصوص در دنیای امروز که جرایم سایبری هر روز در حال افزایش است.
ارتباط کوانتومی برای آدمکها
زمانی که پست کبوتر توسط تلگراف جایگزین شد، به نوبه خود، تلگراف توسط رادیو جایگزین شد.البته امروزه از بین نرفته است، اما فناوری های مدرن دیگری ظاهر شده اند. همین ده سال پیش، اینترنت به اندازه امروز گسترده نبود، و دسترسی به آن بسیار سخت بود - باید به کلوپ های اینترنتی می رفت، کارت های بسیار گران قیمت می خرید، و غیره. امروز، ما زندگی نمی کنیم. یک ساعت بدون اینترنت، و ما مشتاقانه منتظر 5G هستیم.
اما استاندارد ارتباطی جدید بعدی مشکلاتی را که اکنون سازمان تبادل داده با استفاده از اینترنت، دریافت داده‌ها از ماهواره‌ها از شهرک‌های سیارات دیگر و غیره با آن مواجه است را حل نخواهد کرد. همه این داده‌ها باید به طور ایمن محافظت شوند. و این را می توان با استفاده از به اصطلاح درهم تنیدگی کوانتومی سازماندهی کرد.
پیوند کوانتومی چیست؟ برای "دومیت ها" این پدیده به عنوان ارتباطی از ویژگی های کوانتومی مختلف توضیح داده می شود. حتی زمانی که ذرات با فاصله زیادی از یکدیگر جدا شوند، حفظ می شود. این کلید رمزگذاری شده و با استفاده از درهم تنیدگی کوانتومی منتقل می شود، هیچ اطلاعات ارزشمندی را در اختیار کرکرهایی که سعی در رهگیری آن دارند، نمی دهد. تنها چیزی که آنها به دست خواهند آورد اعداد دیگری است، زیرا وضعیت سیستم، با مداخله خارجی، تغییر خواهد کرد.
اما امکان ایجاد یک سیستم انتقال داده در سراسر جهان وجود نداشت، زیرا پس از چند ده کیلومتر سیگنال محو شد. این ماهواره که در سال 2016 پرتاب شد، به اجرای یک طرح انتقال کلید کوانتومی در فواصل بیش از 7000 کیلومتر کمک خواهد کرد.
اولین تلاش موفق برای استفاده از اتصال جدید
اولین پروتکل رمزنگاری کوانتومی در سال 1984 به دست آمد.د- امروزه این فناوری با موفقیت در بخش بانکی مورد استفاده قرار می گیرد. شرکت‌های معروف سیستم‌های رمزنگاری ایجاد شده را ارائه می‌کنند.
خط ارتباط کوانتومی بر روی یک کابل فیبر نوری استاندارد انجام می شود. در روسیه، اولین کانال امن بین شعب Gazprombank در Novye Cheryomushki و Korovy Val ایجاد شد. طول کل 30.6 کیلومتر است، خطاها در طول انتقال کلید رخ می دهند، اما درصد آنها حداقل است - فقط 5%.
چین ماهواره ارتباطی کوانتومی پرتاب کرد
نخستین ماهواره جهان در چین پرتاب شد. موشک Long March-2D در 16 آگوست 2016 از سایت پرتاب Jiu Quan پرتاب شد. یک ماهواره با وزن 600 کیلوگرم به مدت 2 سال در مداری همزمان با خورشید، به ارتفاع 310 مایل (یا 500 کیلومتر) به عنوان بخشی از برنامه "آزمایش های کوانتومی در مقیاس کیهانی" پرواز می کند. دوره چرخش دستگاه به دور زمین یک ساعت و نیم است.
ماهواره ارتباطی کوانتومی Micius یا "Mo-Tzu" از نام فیلسوفی که در قرن پنجم پس از میلاد می زیسته نامیده می شود. و همانطور که معمولاً تصور می شود، اولین کسی است که آزمایش های نوری را انجام داد. دانشمندان در حال بررسی مکانیسم درهم تنیدگی کوانتومی و انجام تله پورت کوانتومی بین ماهواره و آزمایشگاه در تبت هستند.
دومی حالت کوانتومی ذره را به فاصله معینی منتقل می کند. برای اجرای این فرآیند، به یک جفت ذره درهم تنیده (به عبارت دیگر، پیوند خورده) که در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند، نیاز است. طبق فیزیک کوانتومی، آنها قادرند اطلاعاتی در مورد وضعیت یک شریک، حتی زمانی که از یکدیگر دور هستند، به دست آورند. یعنی می توانید تهیه کنیدتاثیر بر ذره ای که در اعماق فضا قرار دارد، بر شریک خود که در نزدیکی آزمایشگاه است تاثیر می گذارد.
ماهواره دو فوتون درهم تنیده ایجاد می کند و آنها را به زمین می فرستد. اگر این تجربه موفقیت آمیز باشد، آغاز یک دوره جدید است. ده‌ها ماهواره از این دست نه تنها می‌توانند اینترنت کوانتومی را در همه جا فراهم کنند، بلکه می‌توانند ارتباطات کوانتومی را در فضا برای استقرارهای آینده در مریخ و ماه فراهم کنند.
چرا به چنین ماهواره هایی نیاز داریم
اما چرا حتی به یک ماهواره ارتباطی کوانتومی نیاز داریم؟ آیا ماهواره‌های معمولی در حال حاضر کافی نیستند؟ واقعیت این است که این ماهواره ها جایگزین ماهواره های معمولی نخواهند شد. اصل ارتباط کوانتومی کدگذاری و محافظت از کانال های مرسوم انتقال داده موجود است. برای مثال، با کمک آن، امنیت پیش از این در جریان انتخابات پارلمانی در سال 2007 در سوئیس تامین شد.
موسسه یادبود Battelle، یک سازمان تحقیقاتی غیرانتفاعی، با استفاده از درهم تنیدگی کوانتومی، اطلاعات را بین فصل‌های خود در ایالات متحده (اوهایو) و ایرلند (دوبلین) مبادله می‌کند. اصل آن بر اساس رفتار فوتون ها - ذرات بنیادی نور است. با کمک آنها، اطلاعات رمزگذاری شده و برای مخاطب ارسال می شود. از نظر تئوری، حتی دقیق ترین تلاش برای تداخل اثری از خود بر جای می گذارد. کلید کوانتومی بلافاصله تغییر می‌کند و هکری که تلاش می‌کند با یک مجموعه کاراکتر بی‌معنا مواجه شود. بنابراین، تمام داده هایی که از طریق این کانال های ارتباطی منتقل می شوند، قابل رهگیری یا کپی نیستند.
ماهوارهبه دانشمندان کمک می کند توزیع کلید بین ایستگاه های زمینی و خود ماهواره را آزمایش کنند.
ارتباط کوانتومی در چین به لطف کابل های فیبر نوری به طول کل ۲ هزار کیلومتر و متحد کردن ۴ شهر از شانگهای تا پکن اجرا می شود. مجموعه ای از فوتون ها را نمی توان به طور نامحدود منتقل کرد و هر چه فاصله بین ایستگاه ها بیشتر باشد، احتمال خراب شدن اطلاعات بیشتر می شود.
بعد از یک مسافت مشخص، سیگنال محو می شود و دانشمندان برای حفظ انتقال صحیح اطلاعات به راهی برای به روز رسانی سیگنال در هر 100 کیلومتر نیاز دارند. در کابل‌ها، این امر از طریق گره‌های اثبات‌شده به دست می‌آید، جایی که کلید آنالیز می‌شود، توسط فوتون‌های جدید کپی می‌شود، و ادامه می‌یابد.
کمی از تاریخ
در سال 1984، Brassard J. از دانشگاه مونترال و Bennet C. از IBM پیشنهاد کردند که می توان از فوتون ها در رمزنگاری برای به دست آوردن یک کانال اساسی امن استفاده کرد. آنها یک طرح ساده برای توزیع مجدد کوانتومی کلیدهای رمزگذاری پیشنهاد کردند که BB84 نام داشت.
این طرح از یک کانال کوانتومی استفاده می کند که از طریق آن اطلاعات بین دو کاربر به شکل حالت های کوانتومی قطبی شده منتقل می شود. یک هکر استراق سمع ممکن است سعی کند این فوتون ها را اندازه گیری کند، اما همانطور که در بالا ذکر شد، بدون تحریف آنها نمی تواند این کار را انجام دهد. در سال 1989، در مرکز تحقیقات IBM، براسارد و بنت اولین سیستم رمزنگاری کوانتومی فعال در جهان را ایجاد کردند.
کوانتوم-اپتیکال چه می کندسیستم رمزنگاری (KOKS)
ویژگی های فنی اصلی COKS (نرخ خطا، سرعت انتقال داده و غیره) توسط پارامترهای عناصر تشکیل دهنده کانال که حالت های کوانتومی را تشکیل می دهند، انتقال می دهند و اندازه گیری می کنند، تعیین می شود. معمولاً COKS شامل قطعات دریافت و ارسال است که توسط یک کانال انتقال به هم متصل می شوند.
منابع تشعشع به 3 کلاس تقسیم می شوند:
- لیزر;
- میکرولیزر؛
- دیودهای ساطع نور.
برای انتقال سیگنال های نوری، LED های فیبر نوری به عنوان یک رسانه ترکیب شده در کابل هایی با طرح های مختلف استفاده می شوند.
ماهیت رازداری ارتباطات کوانتومی
از سیگنال هایی که اطلاعات ارسال شده در آنها توسط پالس هایی با هزاران فوتون کدگذاری می شود به سیگنال هایی که به طور متوسط در آنها کمتر از یک پالس وجود دارد، قوانین کوانتومی وارد عمل می شوند. استفاده از این قوانین با رمزنگاری کلاسیک است که به رازداری دست می یابد.
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ در دستگاه های رمزنگاری کوانتومی استفاده می شود و به لطف آن، هرگونه تلاش برای تغییر سیستم کوانتومی تغییراتی در آن ایجاد می کند و شکل گیری حاصل از چنین اندازه گیری توسط طرف گیرنده نادرست تعیین می شود.
آیا رمزنگاری کوانتومی 100% ضد هک است؟
از لحاظ نظری بله، اما راه حل های فنی کاملا قابل اعتماد نیستند. مهاجمان شروع به استفاده از پرتو لیزر کردند که با آن آشکارسازهای کوانتومی را کور می‌کردند و پس از آن دیگر واکنش نشان نمی‌دادند.خواص کوانتومی فوتون ها گاهی اوقات از منابع چند فوتونی استفاده می شود و هکرها ممکن است بتوانند یکی از آنها را نادیده بگیرند و منابع مشابه را اندازه گیری کنند.
