În Rusia, a fost creată o linie de comunicație pentru transmiterea datelor secrete bazate pe criptografia cuantică.

Telegraful „a ucis” poșta porumbeilor. Radioul a înlocuit telegraful cu fir. Radioul, desigur, nu a dispărut nicăieri, dar au apărut și alte tehnologii de transmisie a datelor - cu fir și fără fir. Generații de standarde de comunicare se înlocuiesc foarte repede: acum 10 ani internet mobil a fost un lux, iar acum așteptăm 5G. În viitorul apropiat, vom avea nevoie de tehnologii fundamental noi, care nu vor fi mai puțin superioare celor moderne decât radiotelegrafele sunt pentru porumbei.

Ce ar putea fi acest lucru și cum va afecta toate comunicațiile mobile este sub tăietură.

Realitatea virtuală, schimbul de date într-un oraș inteligent folosind Internetul lucrurilor, primirea de informații de la sateliți și de la așezări situate pe alte planete sistem solar, și protejarea întregului flux - astfel de probleme nu pot fi rezolvate doar printr-un nou standard de comunicare.

Încurcarea cuantică

Astăzi, comunicațiile cuantice sunt folosite, de exemplu, în domeniul bancar, unde sunt necesare condiții speciale de securitate. Companiile Id Quantique, MagiQ, Smart Quantum oferă deja criptosisteme gata făcute. Tehnologiile cuantice pentru securitate pot fi comparate cu arme nucleare- aceasta este o protecție aproape absolută, ceea ce implică însă costuri serioase de implementare. Dacă transmiteți o cheie de criptare utilizând încrucișarea cuantică, atunci interceptarea acesteia nu va oferi atacatorilor nicio informație valoroasă - la ieșire, ei vor primi pur și simplu un set diferit de numere, deoarece starea sistemului în care interferează un observator extern se schimbă.

Până de curând, nu a fost posibil să se creeze un sistem global de criptare perfectă - după doar câteva zeci de kilometri semnalul transmis s-a estompat. S-au făcut multe încercări de a mări această distanță. Anul acesta, China a lansat satelitul QSS (Quantum experiments at Space Scale), care ar trebui să implementeze scheme de distribuție a cheilor cuantice la o distanță de peste 7.000 de kilometri.

Satelitul va genera doi fotoni încâlciți și îi va trimite pe Pământ. Dacă totul merge bine, distribuția cheii folosind particule încurcate va marca începutul erei comunicării cuantice. Zeci de astfel de sateliți ar putea forma nu numai baza unui nou Internet cuantic pe Pământ, ci și a comunicațiilor cuantice în spațiu: pentru viitoarele așezări pe Lună și Marte și pentru comunicațiile în spațiul profund cu sateliții care se îndreaptă dincolo de sistemul solar.

Teleportarea cuantică

Cu teleportarea cuantică, nu are loc niciun transfer material al unui obiect din punctul A în punctul B - există un transfer de „informație”, nu materie sau energie. Teleportarea este folosită pentru comunicațiile cuantice, cum ar fi transferul de informații secrete. Trebuie să înțelegem că aceasta nu este o informație în forma cu care suntem familiarizați. Simplificand modelul de teleportare cuantica, putem spune ca ne va permite sa generam o secventa de numere aleatorii la ambele capete ale canalului, adica vom putea crea un pad de criptare care nu poate fi interceptat. Pentru viitorul previzibil, acesta este singurul lucru care poate fi făcut folosind teleportarea cuantică.

Pentru prima dată în lume, teleportarea fotonilor a avut loc în 1997. Două decenii mai târziu, teleportarea prin rețele de fibră optică a devenit posibilă pe zeci de kilometri (în cadrul programului european în domeniul criptografiei cuantice, recordul a fost de 144 de kilometri). Teoretic, este deja posibilă construirea unei rețele cuantice în oraș. Cu toate acestea, există o diferență semnificativă între condițiile de laborator și cele din lumea reală. Cablul de fibră optică este supus schimbărilor de temperatură, ceea ce își modifică indicele de refracție. Din cauza expunerii la soare, faza fotonului se poate schimba, ceea ce în anumite protocoale va duce la o eroare.

, Laboratorul de Criptografie Cuantică.

Experimentele sunt efectuate în toată lumea, inclusiv în Rusia. În urmă cu câțiva ani, a apărut prima linie de comunicare cuantică a țării. A conectat două clădiri ale Universității ITMO din Sankt Petersburg. În 2016, oamenii de știință de la Centrul cuantic Kazan KNRTU-KAI și Universitatea ITMO au lansat prima rețea cuantică cu mai multe noduri din țară, atingând o viteză de generare a secvențelor cuantice cernute de 117 kbit/s pe o linie de 2,5 kilometri.

Anul acesta a apărut prima linie de comunicare comercială - Centrul cuantic rusesc a conectat birourile Gazprombank la o distanță de 30 de kilometri.

În toamnă, fizicienii de la Laboratorul de tehnologii optice cuantice de la Universitatea de Stat din Moscova și de la Fundația pentru Cercetare Avansată au testat un sistem automat de comunicare cuantică la o distanță de 32 de kilometri, între Noginsk și Pavlovsky Posad.

Ținând cont de ritmul de realizare a proiectelor în domeniul calculului cuantic și al transmisiei de date, în 5-10 ani (conform fizicienilor înșiși), tehnologia comunicațiilor cuantice va părăsi în sfârșit laboratoarele și va deveni la fel de comună ca și comunicațiile mobile.

Posibile dezavantaje

ÎN ultimii ani problema se discută din ce în ce mai mult securitatea informatieiîn domeniul comunicaţiilor cuantice. Se credea anterior că folosind criptografia cuantică era posibil să se transmită informații în așa fel încât să nu poată fi interceptate în nicio circumstanță. S-a dovedit că sisteme absolut fiabile nu există: fizicienii din Suedia au demonstrat că, în anumite condiții, sistemele de comunicații cuantice pot fi sparte datorită unor caracteristici în pregătirea unui cifr cuantic. În plus, fizicienii de la Universitatea din California au propus o metodă de măsurători cuantice slabe, care de fapt încalcă principiul observatorului și permite să se calculeze starea unui sistem cuantic din date indirecte.

Cu toate acestea, prezența vulnerabilităților nu este un motiv pentru a abandona însăși ideea de comunicare cuantică. Cursa dintre atacatori și dezvoltatori (oameni de știință) va continua la un nivel fundamental nou: utilizarea echipamentelor cu putere de calcul ridicată. Nu orice hacker își poate permite astfel de echipamente. În plus, efectele cuantice pot face posibilă accelerarea transferului de date. Fotonii încâlciți pot transmite aproape de două ori mai multe informații pe unitatea de timp dacă sunt codificați în continuare folosind direcția de polarizare.

Comunicarea cuantică- nu este un panaceu, dar pana acum ramane unul dintre cele mai multe direcții promițătoare dezvoltarea comunicațiilor globale.

Fizica cuantică ne oferă fundamental mod nou protecția informațiilor, a cărei fiabilitate se bazează nu pe complexitatea rezolvării oricărei probleme matematice, ci pe legile fundamentale ale naturii. Implementarea practică a liniilor de comunicare cuantică este criptografia cuantică. În ea, informațiile sunt transmise prin particule elementare lumina - fotoni. O nouă generație de dispozitive de calcul - calculatoarele cuantice - va face posibilă spargerea cheilor criptografice. Dar chiar dacă un dispozitiv cu sensibilitate ideală încearcă să primească informații transmise printr-un canal cuantic, acesta va schimba inevitabil starea fotonului. Mai simplu spus, dacă cineva încearcă să „asculte” informațiile, inevitabil va „strica” mesajul transmis și, astfel, va fi observat. Cu alte cuvinte, fiabilitatea criptografiei cuantice a fost dovedită riguros din punct de vedere matematic.

Mai multe țări au atins cel mai înalt nivel de dezvoltare a acestei tehnologii. Nivelul de criptografie cuantică TRL-9 (in în acest caz,, sistemul a fost testat cu succes și funcționează în mediul său de operare) a fost implementat în SUA, China și Elveția. Dispozitivele de la producători străini sunt capabile să transmită o cheie cuantică cu o viteză de generare de 10-300 kbit/s prin rețelele orașului pe distanțe de până la 80-100 km. Transmiterea pe distanțe mai mari a fost realizată până acum doar în experimente de laborator. Deci, în lucrând împreună iar în 2014 a fost demonstrată posibilitatea fundamentală de a transmite o cheie cuantică pe o distanță de 327 km, la acea vreme acesta era un interval record.

Cu toate acestea, în timp ce dispozitivele de criptografie cuantică sunt deja achiziționate bănci comerciale Elveția și Rusia nu au creat încă dispozitive disponibile comercial. Dar la Centrul Cuantic din Rusia se dezvoltă un dispozitiv industrial. Pentru prima dată în Rusia, a fost demonstrat un prototip de distribuție a cheilor cuantice pe rețele urbane lungi uz public 30 km lungime. Aceasta înseamnă că proiectul a trecut la nivelul TRL-7 (adică a fost demonstrat un prototip care este cel mai apropiat de sistemul real). Data pregătirii pentru producția în masă este sfârșitul anului 2017, caracteristicile planificate ale dispozitivului sunt la egalitate cu cele mai bune evoluții mondiale.

Pentru a realiza pe deplin potențialul criptografiei cuantice, este necesar implementarea rețelei. De exemplu, China a alocat 560 de milioane de yuani (mai mult de 80 de milioane de dolari) pentru a construi o rețea cuantică de 2000 km lungime (300 km au fost deja puse în funcțiune) cu servere intermediare securizate. Această rețea constă dintr-un lanț de 32 de trave. Și în SUA, Battelle și ID Quantique vor construi o rețea cuantică de 650 km cu perspectiva extinderii la 10.000 km. În Rusia, există, de asemenea, o nevoie așteptată de construcție a unor rețele guvernamentale extinse protejate de această tehnologie. Cu toate acestea, pentru aceasta este necesar să se creeze protocoale însoțitoare, o rețea hardware și să se efectueze operațiuni de probă în modul 24/7. Prin urmare, ciclul complet de dezvoltare, testare și stăpânire a tehnologiei de către consumator, conform experienței colegilor străini, necesită cel puțin cinci ani.

Este de remarcat faptul că în prezent principala metodă de transfer rapid de date este fibra optică, dar nu este întotdeauna posibil să se stabilească o linie continuă între două puncte date, sau cel puțin să o facă rapid. Criptografia cuantică va ajuta și aici: transferul secret de date între oricare două puncte poate fi efectuat prin instalarea unui transmițător sau receptor pe un satelit artificial de pe Pământ. În acest caz, locația acestor puncte în apropierea traiectoriei satelitului este importantă, iar distanța dintre ele nu contează. În vara lui 2016, China a lansat deja un satelit a cărui sarcină este să demonstreze criptografia cuantică Sputnik-Earth pentru distribuția globală a cheilor cuantice. Un proiect de dezvoltare a unei tehnologii care să facă posibilă implementarea comunicațiilor optice prin satelit și a criptografiei cuantice într-un singur design este, de asemenea, pregătit de Centrul Cuantic din Rusia. Va fi creat un micro satelit (6U CubeSat), care ar trebui să determine intensitatea minimă de energie a semnalului optic pentru transmisia de date satelit-Pământ, să demonstreze transmisia de date către lungimi diferite unde și transmisie video online de la satelit.

Da, totul este corect, doar în acest moment echipamentul nu oferă o stare ideală a canalului, datorită căreia interceptarea este posibilă, plus posibilitatea atacurilor PNS, atunci când un puls conține mai mult de un foton, un atacator poate elimina „imperceptibil” o parte din impulsuri, iar după analizare poate obține parte a informației, în timp ce majoritatea fotonilor vor ajunge la punctul final. Deși, pentru dreptate, ar trebui spus că ei și-au dat deja seama cum să detecteze și să oprească acest tip de atac. Dar acest lucru încă nu anulează faptul că acești algoritmi nu sunt perfecți.

Mai mult, cuvintele că inventarea unui computer cuantic va face posibilă spargerea tuturor cheilor criptografice sunt ficțiune. Multe dintre problemele pe care se bazează algoritmii criptografici asimetrici se accelerează exponențial. Dar pentru sumele simetrice și hash este suficient să dublezi pur și simplu lungimea cheii, deoarece Algoritmul lui Grover necesită operații O(sqrt(N)) pentru a enumera complet N valori: în loc să enumere 2^128 de chei, va necesita (teoretic) doar 2^64 operații cuantice (în practică, există probleme cu o procesare atât de lungă). a unei stări cuantice).

Fizica cuantică oferă o modalitate complet nouă de a proteja informațiile. De ce este necesar nu este posibil să construim un canal de comunicare sigur? Desigur că este posibil. Dar ele au fost deja create și în momentul în care se răspândesc, cele moderne vor fi inutile, deoarece acestea calculatoare puternice le va putea hack într-o fracțiune de secundă. Comunicarea cuantică vă permite să criptați informații folosind fotoni - particule elementare.

Astfel de computere, după ce au obținut acces la canalul cuantic, vor schimba cumva starea actuală a fotonilor. Și încercarea de a obține informații le va deteriora. Viteza de transmitere a informațiilor, desigur, este mai mică în comparație cu alte canale existente, de exemplu, comunicarea telefonică. Dar comunicarea cuantică oferă un nivel mult mai mare de secret. Acesta este, desigur, un avantaj foarte mare. Mai ales în lumea modernă, când criminalitatea cibernetică crește în fiecare zi.

Comunicații cuantice pentru manechini

Pe vremuri, corespondența porumbeilor a fost înlocuită de telegraf, la rândul său, telegraful a fost înlocuit de radio. Desigur, este astăzi, dar au apărut și altele tehnologii moderne. Cu doar zece ani în urmă, internetul nu era la fel de răspândit ca astăzi, iar accesul la el era destul de dificil - trebuia să mergi la cluburi de internet, să cumperi carduri foarte scumpe etc. Astăzi, nu putem trăi o oră fără Internet, și așteptăm cu nerăbdare 5G.

Dar un alt nou standard de comunicare nu va rezolva problemele cu care se confruntă acum organizarea schimbului de date folosind Internetul, primirea datelor de la sateliți de la așezări de pe alte planete etc. Toate aceste date trebuie protejate în mod fiabil. Și acest lucru poate fi organizat folosind așa-numitul întanglement cuantic.

Ce este comunicarea cuantică? Pentru „manichini”, acest fenomen este explicat ca o conexiune între diferite caracteristici cuantice. Ea persistă chiar și atunci când particulele sunt separate unele de altele pe o distanță mare. O cheie criptată și transmisă utilizând încrucișarea cuantică nu va oferi nicio informație valoroasă hackerilor care încearcă să o intercepteze. Tot ce vor obține sunt numere diferite, deoarece starea sistemului, cu intervenție externă, va fi schimbată.

Dar nu a fost posibil să se creeze un sistem de transmisie de date la nivel mondial, deoarece după câteva zeci de kilometri semnalul a dispărut. Satelitul, lansat în 2016, va contribui la implementarea unei scheme de transfer de chei cuantice pe distanțe de peste 7 mii de km.

Primele încercări reușite de a utiliza noua conexiune

Primul protocol de criptografie cuantică a fost obținut în 1984. Astăzi, această tehnologie este utilizată cu succes în sectorul bancar. Companii binecunoscute oferă criptosisteme pe care le-au creat.

Linia de comunicare cuantică este realizată pe un cablu standard de fibră optică. În Rusia, primul canal securizat a fost așezat între sucursalele Gazpromabank din Novye Cheryomushki și pe Korovye Val. Lungimea totală este de 30,6 km erorile apar în timpul transferului cheii, dar procentul acestora este minim - doar 5%.

China a lansat un satelit de comunicații cuantice

Primul astfel de satelit din lume a fost lansat în China. Racheta Lung March-2D lansată pe 16 august 2016 de la Cosmodromul Jiu Quan. Satelitul de 600 kg va zbura timp de 2 ani pe o orbită sincronă cu soarele, la o altitudine de 310 mile (sau 500 km), ca parte a programului Experimente cuantice la scară cosmică. Perioada orbitală a dispozitivului în jurul Pământului este de o oră și jumătate.

Satelitul de comunicații cuantice se numește Micius, sau „Mo Tzu”, după filozoful care a trăit în secolul al V-lea d.Hr. și, după cum este general acceptat, a fost primul care a efectuat experimente optice. Oamenii de știință urmează să studieze mecanismul și să-l conducă între satelit și un laborator din Tibet.

Acesta din urmă transmite starea cuantică a particulei la o distanță dată. Pentru a implementa acest proces, aveți nevoie de o pereche de particule încurcate (cu alte cuvinte, legate) situate la distanță unele de altele. Potrivit fizicii cuantice, ei sunt capabili să capteze informații despre starea partenerului lor, chiar și atunci când sunt departe unul de celălalt. Adică, este posibil să influențezi o particulă care se află în spațiu îndepărtat prin influențarea partenerului său, care se află în apropiere în laborator.

Satelitul va crea doi fotoni încâlciți și îi va trimite pe Pământ. Dacă experimentul are succes, acesta va marca începutul noua era. Zeci de astfel de sateliți ar putea nu numai să ofere internet cuantic pe scară largă, ci și comunicații cuantice în spațiu pentru viitoarele așezări de pe Marte și Lună.

De ce sunt necesari astfel de sateliți?

Dar de ce avem nevoie de un satelit cuantic de comunicații? Nu sunt suficienti sateliții convenționali existenți? Cert este că acești sateliți nu îi vor înlocui pe cei convenționali. Principiul comunicării cuantice este de a codifica și proteja canalele convenționale de date existente. Cu ajutorul acestuia, de exemplu, securitatea a fost deja asigurată în timpul alegerilor parlamentare din 2007 în Elveția.

Institutul Battelle Memorial, o organizație non-profit de cercetare, face schimb de informații între filialele din Statele Unite (Ohio) și Irlanda (Dublin) folosind încrucișarea cuantică. Principiul său se bazează pe comportamentul fotonilor - cei elementari, cu ajutorul lor, informațiile sunt codificate și trimise către destinatar. Teoretic, chiar și cea mai atentă încercare de intervenție va lăsa o amprentă. Cheia cuantică se va schimba imediat, iar hackerul care face încercarea va primi un set de caractere fără sens. Prin urmare, toate datele care vor fi transmise prin aceste canale de comunicare nu pot fi interceptate sau copiate.

Satelitul va ajuta oamenii de știință să testeze distribuția cheilor între stațiile terestre și satelitul însuși.

Comunicațiile cuantice din China vor fi implementate datorită cablurilor de fibră optică cu o lungime totală de 2 mii km și care conectează 4 orașe de la Shanghai la Beijing. Serii de fotoni nu pot fi transmise la infinit, iar cu cât distanța dintre stații este mai mare, cu atât este mai mare șansa ca informația să fie deteriorată.

După parcurgerea unei anumite distanțe, semnalul se estompează, iar oamenii de știință, pentru a menține transmiterea corectă a informațiilor, au nevoie de o modalitate de a actualiza semnalul la fiecare 100 km. În cabluri, acest lucru se realizează prin noduri verificate în care cheia este analizată, copiată cu fotoni noi și mutată mai departe.

Puțină istorie

În 1984, Brassard J. de la Universitatea din Montreal și Bennett C. de la IBM au sugerat că fotonii ar putea fi folosiți în criptografie pentru a obține un canal fundamental sigur. Au propus circuit simplu redistribuirea cuantică a cheilor de criptare, care a fost numită BB84.

Această schemă folosește un canal cuantic prin care informațiile sunt transmise între doi utilizatori sub formă de stări cuantice polarizate. Un hacker care îi ascultă cu urechea poate încerca să măsoare acești fotoni, dar nu poate face acest lucru, așa cum sa menționat mai sus, fără a introduce distorsiuni în ei. În 1989 Centru de cercetare IBM Brassard și Bennett au creat primul sistem criptografic cuantic funcțional din lume.

În ce constă un sistem criptografic cuantic optic (KOKS)?

Principalele caracteristici tehnice ale COX (rata de eroare, rata de transfer de date etc.) sunt determinate de parametrii elementelor care formează canalul, care formează, transmit și măsoară stările cuantice. De obicei, COX constă din părți de recepție și transmisie, care sunt conectate printr-un canal de transmisie.

Sursele de radiații sunt împărțite în 3 clase:

• lasere;
• microlasere;
• diode emițătoare de lumină.

Pentru a transmite semnale optice, LED-urile cu fibră optică sunt folosite ca mediu, combinate în cabluri de diferite modele.

Natura secretului de comunicare cuantică

Trecând de la semnale în care informația transmisă este codificată prin impulsuri cu mii de fotoni, la semnale în care, în medie, există mai puțin de un foton pe impuls, intră în joc legile cuantice. Utilizarea acestor legi cu criptografia clasică face posibilă obținerea secretului.

Principiul incertitudinii Heisenberg este utilizat în dispozitivele criptografice cuantice și datorită acestuia, orice încercare de a schimba sistemul cuantic introduc modificări în acesta, iar formarea obținută în urma unei astfel de măsurători este determinată de partea care primește ca fiind falsă.

Oferă criptografia cuantică o garanție de 100% împotriva hacking-ului?

Teoretic da, dar solutii tehnice nu pe deplin de încredere. Atacatorii au început să folosească un fascicul laser, cu care orbesc detectoarele cuantice, după care încetează să răspundă la proprietățile cuantice ale fotonilor. Uneori sunt folosite surse multifotonice, iar atacatorii pot să omite una dintre ele și să le măsoare pe cele identice.

Telegraful „a ucis” poșta porumbeilor. Radioul a înlocuit telegraful cu fir. Radioul, desigur, nu a dispărut nicăieri, dar au apărut și alte tehnologii de transmisie a datelor - cu fir și fără fir. Generații de standarde de comunicare se înlocuiesc foarte repede: acum 10 ani, internetul mobil era un lux, iar acum așteptăm apariția 5G. În viitorul apropiat, vom avea nevoie de tehnologii fundamental noi, care nu vor fi mai puțin superioare celor moderne decât radiotelegrafele sunt pentru porumbei.

Ce ar putea fi acest lucru și cum va afecta toate comunicațiile mobile este sub tăietură.

Realitatea virtuală, schimbul de date într-un oraș inteligent folosind Internetul lucrurilor, primirea de informații de la sateliți și de la așezări situate pe alte planete ale sistemului solar și protejarea întregului flux - astfel de probleme nu pot fi rezolvate doar printr-un nou standard de comunicare.

Încurcarea cuantică

Una dintre opțiunile principale pentru evoluția comunicării care ne așteaptă este utilizarea efectelor cuantice. Această tehnologie nu va elimina, dar poate completa tipuri tradiționale comunicare (deși nu putem respinge imediat ideea că o rețea bazată pe întanglement cuantic, teoretic, poate înlocui alte tipuri de comunicare).

Entanglementul cuantic este fenomenul de conexiune între caracteristicile cuantice. Conexiunea poate fi menținută chiar dacă particulele diverg pe o distanță lungă, deoarece prin măsurarea caracteristicilor cuantice ale uneia dintre particulele conectate, știm automat caracteristicile celei de-a doua. Primul protocol de criptografie cuantică a apărut în 1984. De atunci, multe experimentale și sisteme comerciale, bazat pe fenomenele lumii cuantice.

(c) Academia Chineză de Științe

Astăzi, comunicațiile cuantice sunt folosite, de exemplu, în domeniul bancar, unde sunt necesare condiții speciale de securitate. Companiile Id Quantique, MagiQ, Smart Quantum oferă deja criptosisteme gata făcute. Tehnologiile cuantice pentru asigurarea securității pot fi comparate cu armele nucleare - aceasta este o protecție aproape absolută, care, totuși, implică costuri serioase de implementare. Dacă transmiteți o cheie de criptare utilizând încrucișarea cuantică, atunci interceptarea acesteia nu va oferi atacatorilor nicio informație valoroasă - la ieșire, ei vor primi pur și simplu un set diferit de numere, deoarece starea sistemului în care interferează un observator extern se schimbă.

Până de curând, nu a fost posibil să se creeze un sistem global de criptare perfectă - după doar câteva zeci de kilometri semnalul transmis s-a estompat. S-au făcut multe încercări de a mări această distanță. Anul acesta, China a lansat satelitul QSS (Quantum experiments at Space Scale), care ar trebui să implementeze scheme de distribuție a cheilor cuantice la o distanță de peste 7.000 de kilometri.

Satelitul va genera doi fotoni încâlciți și îi va trimite pe Pământ. Dacă totul merge bine, distribuția cheii folosind particule încurcate va marca începutul erei comunicării cuantice. Zeci de astfel de sateliți ar putea forma nu numai baza unui nou Internet cuantic pe Pământ, ci și a comunicațiilor cuantice în spațiu: pentru viitoarele așezări pe Lună și Marte și pentru comunicațiile în spațiul profund cu sateliții care se îndreaptă dincolo de sistemul solar.

Teleportarea cuantică

Cu teleportarea cuantică, nu are loc niciun transfer material al unui obiect din punctul A în punctul B - există un transfer de „informație”, nu materie sau energie. Teleportarea este folosită pentru comunicațiile cuantice, cum ar fi transferul de informații secrete. Trebuie să înțelegem că aceasta nu este o informație în forma cu care suntem familiarizați. Simplificand modelul de teleportare cuantica, putem spune ca ne va permite sa generam o secventa de numere aleatorii la ambele capete ale canalului, adica vom putea crea un pad de criptare care nu poate fi interceptat. Pentru viitorul previzibil, acesta este singurul lucru care poate fi făcut folosind teleportarea cuantică.

Pentru prima dată în lume, teleportarea fotonilor a avut loc în 1997. Două decenii mai târziu, teleportarea prin rețele de fibră optică a devenit posibilă pe zeci de kilometri (în cadrul programului european în domeniul criptografiei cuantice, recordul a fost de 144 de kilometri). Teoretic, este deja posibilă construirea unei rețele cuantice în oraș. Cu toate acestea, există o diferență semnificativă între condițiile de laborator și cele din lumea reală. Cablul de fibră optică este supus schimbărilor de temperatură, ceea ce își modifică indicele de refracție. Din cauza expunerii la soare, faza fotonului se poate schimba, ceea ce în anumite protocoale va duce la o eroare.

, Laboratorul de Criptografie Cuantică.

Experimentele sunt efectuate în toată lumea, inclusiv în Rusia. În urmă cu câțiva ani, a apărut prima linie de comunicare cuantică a țării. A conectat două clădiri ale Universității ITMO din Sankt Petersburg. În 2016, oamenii de știință de la Centrul cuantic Kazan KNRTU-KAI și Universitatea ITMO au lansat prima rețea cuantică cu mai multe noduri din țară, atingând o viteză de generare a secvențelor cuantice cernute de 117 kbit/s pe o linie de 2,5 kilometri.

Anul acesta a apărut prima linie de comunicare comercială - Centrul cuantic rusesc a conectat birourile Gazprombank la o distanță de 30 de kilometri.

În toamnă, fizicienii de la Laboratorul de tehnologii optice cuantice de la Universitatea de Stat din Moscova și de la Fundația pentru Cercetare Avansată au testat un sistem automat de comunicare cuantică la o distanță de 32 de kilometri, între Noginsk și Pavlovsky Posad.

Ținând cont de ritmul de realizare a proiectelor în domeniul calculului cuantic și al transmisiei de date, în 5-10 ani (conform fizicienilor înșiși), tehnologia comunicațiilor cuantice va părăsi în sfârșit laboratoarele și va deveni la fel de comună ca și comunicațiile mobile.

Posibile dezavantaje

În ultimii ani, problema securității informațiilor în domeniul comunicațiilor cuantice a fost din ce în ce mai discutată. Se credea anterior că folosind criptografia cuantică era posibil să se transmită informații în așa fel încât să nu poată fi interceptate în nicio circumstanță. S-a dovedit că sisteme absolut fiabile nu există: fizicienii din Suedia au demonstrat că, în anumite condiții, sistemele de comunicații cuantice pot fi sparte datorită unor caracteristici în pregătirea unui cifr cuantic. În plus, fizicienii de la Universitatea din California au propus o metodă de măsurători cuantice slabe, care de fapt încalcă principiul observatorului și permite să se calculeze starea unui sistem cuantic din date indirecte.

Cu toate acestea, prezența vulnerabilităților nu este un motiv pentru a abandona însăși ideea de comunicare cuantică. Cursa dintre atacatori și dezvoltatori (oameni de știință) va continua la un nivel fundamental nou: utilizarea echipamentelor cu putere de calcul ridicată. Nu orice hacker își poate permite astfel de echipamente. În plus, efectele cuantice pot face posibilă accelerarea transferului de date. Fotonii încâlciți pot transmite aproape de două ori mai multe informații pe unitatea de timp dacă sunt codificați în continuare folosind direcția de polarizare.

Comunicarea cuantică nu este un panaceu, dar deocamdată rămâne unul dintre cele mai promițătoare zone pentru dezvoltarea comunicațiilor globale.

Progresul tehnologic în domeniul telecomunicațiilor nu stă pe loc. Se pare că abia recent internetul de mare viteză a început să ajungă în cele mai îndepărtate colțuri ale planetei noastre, deoarece oamenii de știință vorbesc deja despre introducerea comunicațiilor cuantice.

Ce este comunicarea cuantică și cum funcționează comunicarea cuantică?

Comunicarea cuantică este un set de metode de transmitere a informațiilor codificate în stări cuantice de la un punct la altul. Comunicarea cuantică face posibilă transmiterea informațiilor în formă criptată.

Ideea principală a criptografiei cuantice este că mesajele sunt complet criptate, ceea ce face imposibilă interceptarea lor de către terți. Fiecare mesaj transmis conține propria sa cheie secretă unică. Mai mult, secretul absolut al informațiilor transmise este asigurat nu de capabilitățile informatice și tehnice, ci de legile naturii.

Semnalele sunt transmise folosind un flux de fotoni unici. Un foton nu poate fi divizat, măsurat, copiat sau îndepărtat în liniște. Datorită unor astfel de acțiuni, fotonul este pur și simplu distrus și nu poate ajunge la destinatarul său.

Aplicații de comunicare cuantică: linii de comunicare cuantică, satelit de comunicare cuantică, telefonie cuantică

Astăzi, comunicarea bazată pe întricarea cuantică este folosită tocmai în acele zone în care conditii speciale securitate, cum ar fi în sectorul bancar.

În Rusia, în 2016, am instalat prima linie de comunicare cuantică a țării. Această linie a conectat 2 filiale Gazprom din Moscova. Și lungimea totală a acestei linii de comunicație cuantică a depășit ușor 30 km.

Și recent a fost lansată prima linie interurbană în Regiunea Leningrad. Lungimea sa este deja de 60 km.

Dar o astfel de comunicare terestră nu are o scară globală. Satelitul, în care sunt puse speranțe foarte mari, va permite extinderea limitelor aplicării comunicațiilor cuantice. Prin utilizarea unui satelit de comunicații cuantice, oamenii de știință se așteaptă să mărească implementarea schemei de distribuție a cheilor cuantice la 7 mii km. Și dacă există mulți astfel de sateliți, aceștia vor putea nu numai să asigure răspândirea globală a internetului cuantic, ci și comunicațiile cuantice în spațiu.

Primul astfel de satelit a fost lansat de China în 2016. Scopul principal al lansării satelitului chinezesc de comunicații cuantice a fost studiul distribuției comunicațiilor cuantice de-a lungul rutei Satelit-Pământ. Și deja au fost efectuate experimente de succes, în care semnalul de la Micius a trecut prin atmosferă și a fost recepționat de două stații terestre. În 2017, testarea unui satelit de comunicații cuantice a fost finalizată în China. Satelitul a fost pus în funcțiune.

Și în 2017, primul telefon cuantic a fost testat la Universitatea de Stat din Moscova. Pe lângă securitatea comunicațiilor, oamenii de știință raportează că unui telefon cuantic nu se teme absolut nici de distanță, nici de distanță. conditiile meteo. În dezvoltarea unui astfel de telefon, s-a obținut o imunitate completă la zgomot.

Comunicațiile cuantice se dezvoltă activ și în Coreea. Deja acum in Coreea de Sud se pregătesc să lanseze crossoverele urbane echipate cu astfel de telefoane. Se crede că telefonia cuantică poate înlocui telefoanele mobile cu care suntem obișnuiți.

Posibile probleme cu comunicarea cuantică

Comunicațiile cuantice abia încep să se dezvolte. Prin urmare, oamenii de știință și dezvoltatorii trebuie să se confrunte cu unele probleme.

Problema principală este finanțarea. Studiul și dezvoltarea liniilor de comunicare cuantică necesită investiții mari. Mai mult, până la studierea completă a rețelei, practic nu există nicio rentabilitate a acestor investiții. Dar guvernele sunt conștiente de perspectivele pe care le deschid comunicațiile cuantice și, prin urmare, nu economisesc bani pentru dezvoltarea acesteia.

O altă problemă este faptul că un bit poate fi copiat o singură dată. Aceasta înseamnă că informațiile pot fi transmise doar printr-un canal de comunicare cuantică. Și atunci nu vei mai putea face nimic cu ea. În prezent, oamenii de știință încearcă să rezolve această problemă. Deci, acum încearcă să creeze perechi de fotoni încâlciți folosind tehnologiile de comunicare cuantică. Cu ajutorul lor, va fi posibil să trimiteți mesaje în două direcții dintr-un punct și să conectați două puncte la distanță între ele. Dacă creați multe astfel de noduri, va fi posibil să organizați o linie de comunicație pe distanțe infinit de lungi. Dar pentru a implementa ideea, este necesară și memoria cuantică. Iar crearea sa este abia în proces de dezvoltare.