Di Rusia, jalur komunikasi telah dibuat untuk mengirimkan data rahasia berdasarkan kriptografi kuantum.

Telegraf “membunuh” surat merpati. Radio menggantikan telegraf kabel. Radio, tentu saja, tidak hilang di mana pun, tetapi teknologi transmisi data lainnya telah muncul - kabel dan nirkabel. Generasi standar komunikasi saling menggantikan dengan sangat cepat: 10 tahun yang lalu Internet Seluler adalah sebuah kemewahan, dan sekarang kami menunggu 5G. Dalam waktu dekat, kita akan membutuhkan teknologi baru yang secara fundamental tidak kalah unggulnya dengan teknologi modern dibandingkan telegraf radio dibandingkan merpati.

Apa yang mungkin terjadi dan bagaimana dampaknya terhadap semua komunikasi seluler masih belum ditentukan.

Realitas virtual, pertukaran data di kota pintar menggunakan Internet of Things, menerima informasi dari satelit dan dari pemukiman yang terletak di planet lain tata surya, dan melindungi seluruh aliran ini - masalah seperti itu tidak dapat diselesaikan hanya dengan standar komunikasi baru.

Keterikatan kuantum

Saat ini, komunikasi kuantum digunakan, misalnya, di industri perbankan, yang memerlukan kondisi keamanan khusus. Perusahaan Id Quantique, MagiQ, Smart Quantum sudah menawarkan sistem kripto yang siap pakai. Teknologi kuantum untuk keamanan dapat dibandingkan dengan senjata nuklir- ini hampir merupakan perlindungan mutlak, namun memerlukan biaya implementasi yang serius. Jika Anda mengirimkan kunci enkripsi menggunakan keterikatan kuantum, maka mencegatnya tidak akan memberikan informasi berharga apa pun kepada penyerang - pada output mereka hanya akan menerima serangkaian angka yang berbeda, karena keadaan sistem di mana pengamat eksternal melakukan intervensi berubah.

Sampai saat ini, tidak mungkin menciptakan sistem enkripsi global yang sempurna - hanya setelah beberapa puluh kilometer, sinyal yang dikirimkan memudar. Banyak upaya telah dilakukan untuk meningkatkan jarak ini. Tahun ini, Tiongkok meluncurkan satelit QSS (Quantum Experiments at Space Scale), yang seharusnya menerapkan skema distribusi kunci kuantum pada jarak lebih dari 7.000 kilometer.

Satelit akan menghasilkan dua foton yang terjerat dan mengirimkannya ke Bumi. Jika semuanya berjalan baik, distribusi kunci menggunakan partikel terjerat akan menandai dimulainya era komunikasi kuantum. Lusinan satelit semacam itu tidak hanya dapat menjadi basis bagi Internet kuantum baru di Bumi, tetapi juga komunikasi kuantum di luar angkasa: untuk pemukiman di Bulan dan Mars di masa depan, dan untuk komunikasi luar angkasa dengan satelit-satelit yang menuju ke luar tata surya.

Teleportasi kuantum

Dengan teleportasi kuantum, tidak terjadi perpindahan material suatu objek dari titik A ke titik B - yang terjadi adalah transfer "informasi", bukan materi atau energi. Teleportasi digunakan untuk komunikasi kuantum, seperti mentransfer informasi rahasia. Kita harus memahami bahwa ini bukanlah informasi dalam bentuk yang kita kenal. Dengan menyederhanakan model teleportasi kuantum, kita dapat mengatakan bahwa ini akan memungkinkan kita menghasilkan rangkaian angka acak di kedua ujung saluran, yaitu, kita akan dapat membuat bantalan enkripsi yang tidak dapat dicegat. Di masa mendatang, ini adalah satu-satunya hal yang dapat dilakukan dengan menggunakan teleportasi kuantum.

Untuk pertama kalinya di dunia, teleportasi foton terjadi pada tahun 1997. Dua dekade kemudian, teleportasi melalui jaringan serat optik menjadi mungkin dalam jarak puluhan kilometer (dalam kerangka program Eropa di bidang kriptografi kuantum, rekornya adalah 144 kilometer). Secara teori, membangun jaringan kuantum di kota sudah memungkinkan. Namun, terdapat perbedaan yang signifikan antara kondisi laboratorium dan dunia nyata. Kabel serat optik dapat mengalami perubahan suhu, yang mengubah indeks biasnya. Akibat paparan sinar matahari, fase foton dapat bergeser, yang pada protokol tertentu akan menyebabkan kesalahan.

, Laboratorium Kriptografi Kuantum.

Eksperimen sedang dilakukan di seluruh dunia, termasuk di Rusia. Beberapa tahun lalu, jalur komunikasi kuantum pertama di negara itu muncul. Ini menghubungkan dua gedung Universitas ITMO di St. Petersburg. Pada tahun 2016, para ilmuwan dari Kazan Quantum Center KNITU-KAI dan ITMO University meluncurkan jaringan kuantum multi-node pertama di negara tersebut, sehingga mencapai kecepatan pembangkitan rangkaian kuantum yang diayak sebesar 117 kbit/s pada jalur sepanjang 2,5 kilometer.

Tahun ini, jalur komunikasi komersial pertama muncul - Pusat Kuantum Rusia menghubungkan kantor Gazprombank pada jarak 30 kilometer.

Pada musim gugur, fisikawan dari Laboratorium Teknologi Optik Kuantum di Universitas Negeri Moskow dan Yayasan Penelitian Lanjutan menguji sistem komunikasi kuantum otomatis pada jarak 32 kilometer, antara Noginsk dan Pavlovsky Posad.

Mempertimbangkan laju penciptaan proyek di bidang komputasi kuantum dan transmisi data, dalam 5-10 tahun (menurut para fisikawan itu sendiri), teknologi komunikasi kuantum akhirnya akan meninggalkan laboratorium dan menjadi sama seperti komunikasi seluler.

Kemungkinan kerugiannya

DI DALAM tahun terakhir masalah ini semakin banyak dibicarakan informasi keamanan di bidang komunikasi kuantum. Sebelumnya diyakini bahwa dengan menggunakan kriptografi kuantum, informasi dapat dikirimkan sedemikian rupa sehingga tidak dapat dicegat dalam keadaan apa pun. Ternyata tidak ada sistem yang benar-benar andal: fisikawan dari Swedia telah menunjukkan bahwa, dalam kondisi tertentu, sistem komunikasi kuantum dapat diretas berkat beberapa fitur dalam persiapan sandi kuantum. Selain itu, fisikawan dari Universitas California telah mengusulkan metode pengukuran kuantum lemah, yang sebenarnya melanggar prinsip pengamat dan memungkinkan seseorang menghitung keadaan sistem kuantum dari data tidak langsung.

Namun, adanya kerentanan bukanlah alasan untuk meninggalkan gagasan komunikasi kuantum. Perlombaan antara penyerang dan pengembang (ilmuwan) akan berlanjut pada tingkat yang baru secara fundamental: menggunakan peralatan dengan daya komputasi yang tinggi. Tidak semua peretas mampu membeli peralatan seperti itu. Selain itu, efek kuantum dapat mempercepat transfer data. Foton yang terjerat dapat mengirimkan informasi hampir dua kali lebih banyak per satuan waktu jika dikodekan lebih lanjut menggunakan arah polarisasi.

Komunikasi kuantum- bukan obat mujarab, tapi sejauh ini tetap menjadi salah satu obat mujarab arah yang menjanjikan perkembangan komunikasi global.

Fisika kuantum menawarkan kita secara fundamental jalan baru perlindungan informasi, keandalannya tidak didasarkan pada kompleksitas penyelesaian masalah matematika apa pun, tetapi pada hukum dasar alam. Implementasi praktis dari jalur komunikasi kuantum adalah kriptografi kuantum. Di dalamnya, informasi ditransmisikan melalui partikel elementer cahaya - foton. Perangkat komputasi generasi baru - komputer kuantum - akan memungkinkan pemecahan kunci kriptografi. Tetapi bahkan jika perangkat dengan sensitivitas ideal mencoba menerima informasi yang dikirimkan melalui saluran kuantum, keadaan foton pasti akan berubah. Sederhananya, jika seseorang mencoba untuk “menguping” informasi, mereka pasti akan “merusak” pesan yang sedang disampaikan, dan dengan demikian diperhatikan. Dengan kata lain, keandalan kriptografi kuantum telah terbukti secara matematis.

Beberapa negara telah mencapai tingkat perkembangan tertinggi dalam teknologi ini. Kriptografi kuantum tingkat TRL-9 (in pada kasus ini, sistem telah berhasil diuji dan beroperasi di lingkungan operasinya) telah diterapkan di AS, Tiongkok, dan Swiss. Perangkat dari pabrikan asing mampu mentransmisikan kunci kuantum dengan kecepatan pembangkitan 10-300 kbit/s melalui jaringan kota pada jarak hingga 80-100 km. Penularan melalui jarak yang lebih jauh sejauh ini hanya dapat dicapai melalui percobaan laboratorium. Jadi, di bekerja bersama dan pada tahun 2014, kemungkinan mendasar untuk mentransmisikan kunci kuantum pada jarak 327 km ditunjukkan, pada saat itu jarak tersebut merupakan rekor jangkauan.

Namun, perangkat kriptografi kuantum saat ini sudah diakuisisi Bank komersial Swiss dan Rusia belum membuat perangkat yang tersedia secara komersial. Namun di Pusat Kuantum Rusia, sebuah perangkat industri sedang dikembangkan. Untuk pertama kalinya di Rusia, prototipe distribusi kunci kuantum pada jaringan perkotaan yang panjang diperlihatkan penggunaan umum panjang 30 km. Ini berarti proyek telah berpindah ke level TRL-7 (yaitu, prototipe yang paling mendekati sistem sebenarnya telah didemonstrasikan). Tanggal kesiapan untuk produksi massal adalah akhir tahun 2017, karakteristik perangkat yang direncanakan setara dengan perkembangan terbaik dunia.

Untuk sepenuhnya menyadari potensi kriptografi kuantum, hal itu harus dilakukan implementasi jaringan. Misalnya, Tiongkok telah mengalokasikan 560 juta yuan (lebih dari $80 juta) untuk membangun jaringan kuantum sepanjang 2000 km (300 km telah dioperasikan) dengan server perantara yang aman. Jaringan ini terdiri dari rantai 32 bentang. Dan di AS, Battelle dan ID Quantique akan membangun jaringan kuantum sepanjang 650 km dengan prospek perluasan hingga 10,000 km. Di Rusia, diperkirakan juga terdapat kebutuhan untuk pembangunan jaringan pemerintah yang luas yang dilindungi oleh teknologi ini. Namun, untuk ini perlu dibuat protokol yang menyertainya, jaringan perangkat keras, dan melakukan operasi uji coba dalam mode 24/7. Oleh karena itu, siklus penuh pengembangan, pengujian dan penguasaan teknologi oleh konsumen, menurut pengalaman rekan-rekan asing, membutuhkan setidaknya lima tahun.

Perlu dicatat bahwa saat ini metode utama transfer data cepat adalah serat optik, namun tidak selalu memungkinkan untuk membuat garis kontinu antara dua titik tertentu, atau setidaknya melakukannya dengan cepat. Kriptografi kuantum juga akan membantu di sini: transfer data rahasia antara dua titik mana pun dapat dilakukan dengan memasang pemancar atau penerima pada satelit Bumi buatan. Dalam hal ini, lokasi titik-titik ini di dekat lintasan satelit adalah penting, dan jarak di antara titik-titik tersebut tidak menjadi masalah. Pada musim panas 2016, Tiongkok telah meluncurkan satelit yang tugasnya mendemonstrasikan kriptografi kuantum Sputnik-Earth untuk distribusi kunci kuantum global. Sebuah proyek untuk mengembangkan teknologi yang memungkinkan penerapan komunikasi optik satelit dan kriptografi kuantum dalam satu desain juga sedang dipersiapkan oleh Pusat Kuantum Rusia. Satelit mikro (6U CubeSat) akan dibuat, yang akan menentukan intensitas energi minimum sinyal optik untuk transmisi data satelit-Bumi, mendemonstrasikan transmisi data ke panjang yang berbeda gelombang dan transmisi video online dari satelit.

Ya, semuanya benar, hanya saja saat ini peralatan tidak menyediakan keadaan saluran yang ideal sehingga intersepsi dapat dilakukan, ditambah kemungkinan serangan PNS, ketika pulsa mengandung lebih dari satu foton, penyerang dapat “secara tidak terlihat” menghapus sebagian dari pulsa, dan setelah menganalisis dapat memperoleh bagian dari informasi, sementara sebagian besar foton akan mencapai titik akhir. Meskipun secara adil harus dikatakan bahwa mereka telah menemukan cara untuk mendeteksi dan menghentikan serangan jenis ini. Namun hal ini tetap tidak meniadakan fakta bahwa algoritma ini tidak sempurna.

Terlebih lagi, pernyataan bahwa penemuan komputer kuantum akan memungkinkan untuk memecahkan semua kunci kriptografi adalah fiksi. Banyak masalah yang menjadi dasar algoritma kripto asimetris semakin cepat secara eksponensial. Tetapi untuk jumlah simetris dan hash, cukup menggandakan panjang kunci saja, karena Algoritme Grover memerlukan operasi O(sqrt(N)) untuk menghitung nilai N secara lengkap: alih-alih menghitung 2^128 kunci, (secara teori) hanya memerlukan 2^64 operasi kuantum (dalam praktiknya, ada masalah dengan pemrosesan yang begitu lama dari keadaan kuantum).

Fisika kuantum menawarkan cara baru untuk melindungi informasi. Mengapa hal ini diperlukan? Apakah sekarang tidak mungkin membangun saluran komunikasi yang aman? Tentu saja itu mungkin. Tetapi mereka telah diciptakan dan pada saat mereka tersebar luas, yang modern tidak akan berguna lagi, karena ini komputer yang kuat akan dapat meretasnya dalam sepersekian detik. Komunikasi kuantum memungkinkan Anda mengenkripsi informasi menggunakan foton - partikel elementer.

Komputer seperti itu, setelah memperoleh akses ke saluran kuantum, entah bagaimana akan mengubah keadaan foton saat ini. Dan mencoba memperoleh informasi akan merusaknya. Kecepatan penyampaian informasi tentu saja lebih rendah dibandingkan saluran lain yang sudah ada, misalnya komunikasi telepon. Namun komunikasi kuantum memberikan tingkat kerahasiaan yang jauh lebih besar. Tentu saja ini merupakan nilai tambah yang sangat besar. Terutama di dunia modern, ketika kejahatan dunia maya semakin meningkat setiap hari.

Komunikasi kuantum untuk boneka

Dahulu kala, surat merpati digantikan oleh telegraf, kemudian telegraf digantikan oleh radio. Tentu saja, saat ini, tetapi yang lain telah muncul teknologi modern. Sepuluh tahun yang lalu, Internet tidak seluas sekarang, dan akses ke sana cukup sulit - Anda harus pergi ke klub Internet, membeli kartu yang sangat mahal, dll. Saat ini, kita tidak dapat hidup satu jam tanpa Internet, dan kami menantikan 5G.

Namun standar komunikasi baru lainnya tidak akan menyelesaikan masalah yang sekarang dihadapi dalam mengatur pertukaran data menggunakan Internet, menerima data dari satelit dari pemukiman di planet lain, dll. Semua data ini harus dilindungi dengan andal. Dan ini dapat diatur menggunakan apa yang disebut keterjeratan kuantum.

Apa itu komunikasi kuantum? Bagi “boneka”, fenomena ini dijelaskan sebagai hubungan antara karakteristik kuantum yang berbeda. Ia tetap ada bahkan ketika partikel-partikelnya terpisah satu sama lain dalam jarak yang jauh. Kunci yang dienkripsi dan dikirimkan menggunakan keterikatan kuantum tidak akan memberikan informasi berharga apa pun kepada peretas yang mencoba mencegatnya. Yang mereka dapatkan hanyalah angka-angka yang berbeda, karena keadaan sistem, dengan intervensi eksternal, akan berubah.

Namun tidak mungkin membuat sistem transmisi data di seluruh dunia, karena setelah beberapa puluh kilometer sinyalnya memudar. Satelit yang diluncurkan pada tahun 2016 ini akan membantu mengimplementasikan skema transfer kunci kuantum pada jarak lebih dari 7 ribu km.

Upaya pertama yang berhasil menggunakan koneksi baru

Protokol kriptografi kuantum pertama diperoleh pada tahun 1984. Saat ini teknologi ini berhasil digunakan di sektor perbankan. Perusahaan terkenal menawarkan sistem kripto yang mereka buat.

Jalur komunikasi kuantum dilakukan melalui kabel serat optik standar. Di Rusia, saluran aman pertama dibangun antara cabang Gazpromabank di Novye Cheryomushki dan di Korovye Val. Panjang totalnya adalah 30,6 km; kesalahan terjadi selama transfer kunci, tetapi persentasenya minimal - hanya 5%.

Tiongkok meluncurkan satelit komunikasi kuantum

Satelit pertama di dunia diluncurkan di Tiongkok. Roket Long March-2D diluncurkan pada 16 Agustus 2016 dari Kosmodrom Jiu Quan. Satelit seberat 600 kg ini akan terbang selama 2 tahun di orbit sinkron matahari pada ketinggian 310 mil (atau 500 km) sebagai bagian dari program Eksperimen Kuantum pada Skala Kosmik. Periode orbit perangkat mengelilingi bumi adalah satu setengah jam.

Satelit komunikasi kuantum disebut Micius, atau "Mo Tzu", diambil dari nama filsuf yang hidup pada abad ke-5 Masehi. dan, seperti yang diterima secara umum, ia adalah orang pertama yang melakukan eksperimen optik. Para ilmuwan akan mempelajari mekanisme tersebut dan melakukannya antara satelit dan laboratorium di Tibet.

Yang terakhir mentransmisikan keadaan kuantum partikel pada jarak tertentu. Untuk melaksanakan proses ini, diperlukan sepasang partikel yang terjerat (dengan kata lain, terkait) yang terletak berjauhan satu sama lain. Menurut fisika kuantum, mereka mampu menangkap informasi tentang keadaan pasangannya, bahkan ketika mereka berjauhan. Artinya, partikel yang berada di luar angkasa dapat dipengaruhi dengan mempengaruhi pasangannya yang berada di dekatnya di laboratorium.

Satelit akan membuat dua foton terjerat dan mengirimkannya ke Bumi. Jika percobaan ini berhasil, itu akan menandai permulaan era baru. Lusinan satelit tersebut tidak hanya dapat menyediakan internet kuantum yang luas, tetapi juga komunikasi kuantum di luar angkasa untuk pemukiman masa depan di Mars dan Bulan.

Mengapa satelit seperti itu dibutuhkan?

Tapi mengapa kita membutuhkan satelit komunikasi kuantum? Apakah satelit konvensional yang ada belum cukup? Faktanya, satelit-satelit ini tidak akan menggantikan satelit konvensional. Prinsip komunikasi kuantum adalah menyandikan dan melindungi saluran data konvensional yang ada. Dengan bantuannya, misalnya, keamanan telah terjamin selama pemilihan parlemen tahun 2007 di Swiss.

Battelle Memorial Institute, sebuah organisasi penelitian nirlaba, bertukar informasi antar cabang di Amerika Serikat (Ohio) dan Irlandia (Dublin) menggunakan keterikatan kuantum. Prinsipnya didasarkan pada perilaku foton - foton dasar.Dengan bantuan mereka, informasi dikodekan dan dikirim ke penerima. Secara teoritis, bahkan upaya intervensi yang paling hati-hati pun akan meninggalkan dampak. Kunci kuantum akan segera berubah, dan penyerang yang melakukan upaya tersebut akan menerima rangkaian karakter yang tidak berarti. Oleh karena itu, semua data yang akan dikirimkan melalui saluran komunikasi tersebut tidak dapat disadap atau disalin.

Satelit ini akan membantu para ilmuwan menguji distribusi kunci antara stasiun bumi dan satelit itu sendiri.

Komunikasi kuantum di China akan terlaksana berkat kabel serat optik dengan total panjang 2 ribu km dan menghubungkan 4 kota dari Shanghai hingga Beijing. Rangkaian foton tidak dapat ditransmisikan tanpa batas waktu, dan semakin besar jarak antar stasiun, semakin besar kemungkinan informasi tersebut rusak.

Setelah menempuh jarak tertentu, sinyalnya memudar, dan para ilmuwan, untuk menjaga transmisi informasi yang benar, memerlukan cara untuk memperbarui sinyal setiap 100 km. Dalam kabel, hal ini dicapai melalui node terverifikasi di mana kuncinya dianalisis, disalin dengan foton baru, dan dipindahkan.

Sedikit sejarah

Pada tahun 1984, Brassard J. dari Universitas Montreal dan Bennett C. dari IBM menyarankan bahwa foton dapat digunakan dalam kriptografi untuk mendapatkan saluran fundamental yang aman. Mereka mengusulkan rangkaian sederhana redistribusi kuantum kunci enkripsi, yang disebut BB84.

Skema ini menggunakan saluran kuantum melalui mana informasi dikirimkan antara dua pengguna dalam bentuk keadaan kuantum terpolarisasi. Seorang peretas yang mengupingnya dapat mencoba mengukur foton-foton ini, tetapi dia tidak dapat melakukan ini, seperti disebutkan di atas, tanpa menimbulkan distorsi pada foton tersebut. Pada tahun 1989 Pusat Penelitian IBM Brassard dan Bennett menciptakan sistem kriptografi kuantum pertama yang berfungsi di dunia.

Terdiri dari apakah sistem kriptografi optik kuantum (KOKS)?

Karakteristik teknis utama COX (tingkat kesalahan, kecepatan transfer data, dll.) ditentukan oleh parameter elemen pembentuk saluran, yang membentuk, mengirimkan, dan mengukur keadaan kuantum. Biasanya, COX terdiri dari bagian penerima dan transmisi, yang dihubungkan oleh saluran transmisi.

Sumber radiasi dibagi menjadi 3 kelas:

• laser;
• mikrolaser;
• dioda pemancar cahaya.

Untuk mengirimkan sinyal optik, LED serat optik digunakan sebagai media, digabungkan menjadi kabel dengan desain berbeda.

Sifat Kerahasiaan Komunikasi Kuantum

Beralih dari sinyal yang informasi yang dikirimkan dikodekan oleh pulsa dengan ribuan foton, ke sinyal yang rata-rata terdapat kurang dari satu foton per pulsa, hukum kuantum ikut berperan. Penggunaan hukum-hukum ini dengan kriptografi klasiklah yang memungkinkan tercapainya kerahasiaan.

Prinsip ketidakpastian Heisenberg digunakan dalam perangkat kriptografi kuantum dan berkat itu, setiap upaya untuk mengubah sistem kuantum menyebabkan perubahan ke dalamnya, dan formasi yang diperoleh sebagai hasil pengukuran tersebut ditentukan oleh pihak penerima sebagai salah.

Apakah kriptografi kuantum memberikan jaminan 100% terhadap peretasan?

Secara teoritis memang demikian, tapi solusi teknis tidak sepenuhnya dapat diandalkan. Penyerang mulai menggunakan sinar laser untuk membutakan detektor kuantum, setelah itu mereka berhenti merespons sifat kuantum foton. Terkadang sumber multifoton digunakan, dan penyerang dapat melewati salah satunya dan mengukur sumber yang identik.

Telegraf “membunuh” surat merpati. Radio menggantikan telegraf kabel. Radio, tentu saja, tidak hilang di mana pun, tetapi teknologi transmisi data lainnya telah muncul - kabel dan nirkabel. Standar komunikasi dari generasi ke generasi saling menggantikan dengan sangat cepat: 10 tahun yang lalu, Internet seluler adalah sebuah kemewahan, dan sekarang kita sedang menunggu munculnya 5G. Dalam waktu dekat, kita akan membutuhkan teknologi baru yang secara fundamental tidak kalah unggulnya dengan teknologi modern dibandingkan telegraf radio dibandingkan merpati.

Apa yang mungkin terjadi dan bagaimana dampaknya terhadap semua komunikasi seluler masih belum ditentukan.

Realitas virtual, pertukaran data di kota pintar menggunakan Internet of Things, menerima informasi dari satelit dan dari pemukiman yang terletak di planet lain di tata surya, dan melindungi seluruh aliran ini - masalah seperti itu tidak dapat diselesaikan hanya dengan standar komunikasi baru.

Keterikatan kuantum

Salah satu pilihan utama bagi evolusi komunikasi yang menanti kita adalah penggunaan efek kuantum. Teknologi ini tidak akan menghilangkan, namun mungkin melengkapi tipe tradisional komunikasi (meskipun kita tidak dapat langsung menolak gagasan bahwa jaringan yang didasarkan pada keterikatan kuantum, secara teoritis, dapat menggantikan jenis komunikasi lainnya).

Keterikatan kuantum adalah fenomena hubungan antara karakteristik kuantum. Koneksi dapat dipertahankan bahkan jika partikel-partikelnya menyimpang dalam jarak yang jauh, karena dengan mengukur karakteristik kuantum dari salah satu partikel yang terhubung, kita secara otomatis mengetahui karakteristik partikel kedua. Protokol kriptografi kuantum pertama muncul pada tahun 1984. Sejak itu, banyak eksperimen dan sistem komersial, berdasarkan fenomena dunia kuantum.

(c) Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok

Saat ini, komunikasi kuantum digunakan, misalnya, di industri perbankan, yang memerlukan kondisi keamanan khusus. Perusahaan Id Quantique, MagiQ, Smart Quantum sudah menawarkan sistem kripto yang siap pakai. Teknologi kuantum untuk menjamin keamanan dapat disamakan dengan senjata nuklir - ini hampir merupakan perlindungan mutlak, namun memerlukan biaya implementasi yang serius. Jika Anda mengirimkan kunci enkripsi menggunakan keterikatan kuantum, maka mencegatnya tidak akan memberikan informasi berharga apa pun kepada penyerang - pada output mereka hanya akan menerima serangkaian angka yang berbeda, karena keadaan sistem di mana pengamat eksternal melakukan intervensi berubah.

Sampai saat ini, tidak mungkin menciptakan sistem enkripsi global yang sempurna - hanya setelah beberapa puluh kilometer, sinyal yang dikirimkan memudar. Banyak upaya telah dilakukan untuk meningkatkan jarak ini. Tahun ini, Tiongkok meluncurkan satelit QSS (Quantum Experiments at Space Scale), yang seharusnya menerapkan skema distribusi kunci kuantum pada jarak lebih dari 7.000 kilometer.

Satelit akan menghasilkan dua foton yang terjerat dan mengirimkannya ke Bumi. Jika semuanya berjalan baik, distribusi kunci menggunakan partikel terjerat akan menandai dimulainya era komunikasi kuantum. Lusinan satelit semacam itu tidak hanya dapat menjadi basis bagi Internet kuantum baru di Bumi, tetapi juga komunikasi kuantum di luar angkasa: untuk pemukiman di Bulan dan Mars di masa depan, dan untuk komunikasi luar angkasa dengan satelit-satelit yang menuju ke luar tata surya.

Teleportasi kuantum

Dengan teleportasi kuantum, tidak terjadi perpindahan material suatu objek dari titik A ke titik B - yang terjadi adalah transfer "informasi", bukan materi atau energi. Teleportasi digunakan untuk komunikasi kuantum, seperti mentransfer informasi rahasia. Kita harus memahami bahwa ini bukanlah informasi dalam bentuk yang kita kenal. Dengan menyederhanakan model teleportasi kuantum, kita dapat mengatakan bahwa ini akan memungkinkan kita menghasilkan rangkaian angka acak di kedua ujung saluran, yaitu, kita akan dapat membuat bantalan enkripsi yang tidak dapat dicegat. Di masa mendatang, ini adalah satu-satunya hal yang dapat dilakukan dengan menggunakan teleportasi kuantum.

Untuk pertama kalinya di dunia, teleportasi foton terjadi pada tahun 1997. Dua dekade kemudian, teleportasi melalui jaringan serat optik menjadi mungkin dalam jarak puluhan kilometer (dalam kerangka program Eropa di bidang kriptografi kuantum, rekornya adalah 144 kilometer). Secara teori, membangun jaringan kuantum di kota sudah memungkinkan. Namun, terdapat perbedaan yang signifikan antara kondisi laboratorium dan dunia nyata. Kabel serat optik dapat mengalami perubahan suhu, yang mengubah indeks biasnya. Akibat paparan sinar matahari, fase foton dapat bergeser, yang pada protokol tertentu akan menyebabkan kesalahan.

, Laboratorium Kriptografi Kuantum.

Eksperimen sedang dilakukan di seluruh dunia, termasuk di Rusia. Beberapa tahun lalu, jalur komunikasi kuantum pertama di negara itu muncul. Ini menghubungkan dua gedung Universitas ITMO di St. Petersburg. Pada tahun 2016, para ilmuwan dari Kazan Quantum Center KNITU-KAI dan ITMO University meluncurkan jaringan kuantum multi-node pertama di negara tersebut, sehingga mencapai kecepatan pembangkitan rangkaian kuantum yang diayak sebesar 117 kbit/s pada jalur sepanjang 2,5 kilometer.

Tahun ini, jalur komunikasi komersial pertama muncul - Pusat Kuantum Rusia menghubungkan kantor Gazprombank pada jarak 30 kilometer.

Pada musim gugur, fisikawan dari Laboratorium Teknologi Optik Kuantum di Universitas Negeri Moskow dan Yayasan Penelitian Lanjutan menguji sistem komunikasi kuantum otomatis pada jarak 32 kilometer, antara Noginsk dan Pavlovsky Posad.

Mempertimbangkan laju penciptaan proyek di bidang komputasi kuantum dan transmisi data, dalam 5-10 tahun (menurut para fisikawan itu sendiri), teknologi komunikasi kuantum akhirnya akan meninggalkan laboratorium dan menjadi sama seperti komunikasi seluler.

Kemungkinan kerugiannya

Dalam beberapa tahun terakhir, isu keamanan informasi di bidang komunikasi kuantum semakin ramai dibicarakan. Sebelumnya diyakini bahwa dengan menggunakan kriptografi kuantum, informasi dapat dikirimkan sedemikian rupa sehingga tidak dapat dicegat dalam keadaan apa pun. Ternyata tidak ada sistem yang benar-benar andal: fisikawan dari Swedia telah menunjukkan bahwa, dalam kondisi tertentu, sistem komunikasi kuantum dapat diretas berkat beberapa fitur dalam persiapan sandi kuantum. Selain itu, fisikawan dari Universitas California telah mengusulkan metode pengukuran kuantum lemah, yang sebenarnya melanggar prinsip pengamat dan memungkinkan seseorang menghitung keadaan sistem kuantum dari data tidak langsung.

Namun, adanya kerentanan bukanlah alasan untuk meninggalkan gagasan komunikasi kuantum. Perlombaan antara penyerang dan pengembang (ilmuwan) akan berlanjut pada tingkat yang baru secara fundamental: menggunakan peralatan dengan daya komputasi yang tinggi. Tidak semua peretas mampu membeli peralatan seperti itu. Selain itu, efek kuantum dapat mempercepat transfer data. Foton yang terjerat dapat mengirimkan informasi hampir dua kali lebih banyak per satuan waktu jika dikodekan lebih lanjut menggunakan arah polarisasi.

Komunikasi kuantum bukanlah obat mujarab, namun untuk saat ini komunikasi kuantum tetap menjadi salah satu bidang yang paling menjanjikan bagi perkembangan komunikasi global.

Kemajuan teknologi di bidang telekomunikasi tidak tinggal diam. Tampaknya baru-baru ini Internet berkecepatan tinggi mulai menjangkau sudut-sudut paling terpencil di planet kita, karena para ilmuwan sudah membicarakan tentang pengenalan komunikasi kuantum.

Apa itu komunikasi kuantum dan bagaimana cara kerja komunikasi kuantum?

Komunikasi kuantum adalah serangkaian metode untuk mentransmisikan informasi yang dikodekan dalam keadaan kuantum dari satu titik ke titik lainnya. Komunikasi kuantum memungkinkan pengiriman informasi dalam bentuk terenkripsi.

Ide utama kriptografi kuantum adalah bahwa pesan dienkripsi sepenuhnya, sehingga tidak mungkin pihak ketiga mencegatnya. Setiap pesan yang dikirimkan berisi kunci rahasia uniknya sendiri. Selain itu, kerahasiaan mutlak dari informasi yang dikirimkan dijamin bukan oleh kemampuan komputasi dan teknis, tetapi oleh hukum alam.

Sinyal ditransmisikan menggunakan aliran foton tunggal. Sebuah foton tidak dapat dibagi, diukur, disalin, atau dihilangkan secara diam-diam. Karena tindakan seperti itu, foton hancur begitu saja dan tidak dapat mencapai penerimanya.

Penerapan komunikasi kuantum: jalur komunikasi kuantum, satelit komunikasi kuantum, telepon kuantum

Saat ini, komunikasi berdasarkan keterikatan kuantum digunakan tepat di area di mana kondisi khusus keamanan, seperti di sektor perbankan.

Di Rusia pada tahun 2016, kami memasang jalur komunikasi kuantum pertama di negara tersebut. Jalur ini menghubungkan 2 cabang Gazprom di Moskow. Dan total panjang jalur komunikasi kuantum ini sedikit melebihi 30 km.

Dan baru-baru ini jalur antar kota pertama diluncurkan pada tahun Wilayah Leningrad. Panjangnya sudah 60 km.

Namun komunikasi terestrial seperti itu tidak berskala global. Satelit, yang memiliki harapan besar, akan memperluas batasan penerapan komunikasi kuantum. Melalui penggunaan satelit komunikasi kuantum, para ilmuwan berharap dapat meningkatkan implementasi skema distribusi kunci kuantum hingga 7 ribu km. Dan jika ada banyak satelit seperti itu, mereka tidak hanya mampu memastikan penyebaran Internet kuantum secara global, tetapi juga komunikasi kuantum di luar angkasa.

Satelit pertama diluncurkan oleh Tiongkok pada tahun 2016. Tujuan utama peluncuran satelit komunikasi kuantum Tiongkok adalah untuk mempelajari distribusi komunikasi kuantum di sepanjang rute Satelit-Bumi. Dan eksperimen yang berhasil telah dilakukan, di mana sinyal dari Micius melewati atmosfer dan diterima oleh dua stasiun bumi. Pada tahun 2017, pengujian satelit komunikasi kuantum selesai di Tiongkok. Satelit itu dioperasikan.

Dan pada tahun 2017, telepon kuantum pertama diuji di Universitas Negeri Moskow. Selain keamanan komunikasi, para ilmuwan melaporkan bahwa telepon kuantum sama sekali tidak takut pada jarak atau jarak cuaca. Dalam pengembangan telepon semacam itu, kekebalan kebisingan sepenuhnya telah tercapai.

Komunikasi kuantum juga aktif berkembang di Korea. Sekarang sudah masuk Korea Selatan sedang bersiap untuk merilis urban crossover yang dilengkapi dengan ponsel tersebut. Telepon kuantum diyakini dapat menggantikan telepon seluler yang biasa kita gunakan.

Kemungkinan masalah dengan komunikasi kuantum

Komunikasi kuantum baru saja mulai berkembang. Oleh karena itu, para ilmuwan dan pengembang harus menghadapi beberapa masalah.

Masalah utamanya adalah pendanaan. Studi dan pengembangan jalur komunikasi kuantum membutuhkan investasi besar. Selain itu, sampai jaringan tersebut dipelajari sepenuhnya, praktis tidak ada pengembalian investasi ini. Namun pemerintah sangat menyadari prospek komunikasi kuantum, dan oleh karena itu tidak menyisihkan uang untuk pengembangannya.

Masalah lainnya adalah kenyataan bahwa sedikit hanya dapat disalin satu kali. Artinya informasi hanya dapat dikirimkan melalui saluran komunikasi kuantum. Dan kemudian Anda tidak akan bisa melakukan apa pun dengannya. Saat ini, para ilmuwan sedang mencoba memecahkan masalah ini. Jadi, sekarang mereka mencoba membuat pasangan foton yang terjerat menggunakan teknologi komunikasi kuantum. Dengan bantuan mereka, dimungkinkan untuk mengirim pesan dalam dua arah dari satu titik dan menghubungkan dua titik jarak jauh satu sama lain. Jika Anda membuat banyak node seperti itu, dimungkinkan untuk mengatur jalur komunikasi dalam jarak yang sangat jauh. Namun untuk mengimplementasikan ide tersebut, memori kuantum juga diperlukan. Dan penciptaannya hanya dalam proses pengembangan.