Rusya'da kuantum kriptografiye dayalı gizli verilerin iletilmesi için bir iletişim hattı oluşturuldu.

Telgraf güvercin postasını “öldürdü”. Telgrafın yerini radyo aldı. Radyo elbette hiçbir yerde ortadan kaybolmadı, ancak kablolu ve kablosuz diğer veri aktarım teknolojileri ortaya çıktı. Nesillerdir iletişim standartları çok hızlı bir şekilde birbirinin yerine geçiyor: 10 yıl önce Mobil İnternet Lükstü, şimdi 5G'yi bekliyoruz. Yakın gelecekte, modern teknolojilerden, radyo telgraflarının güvercinlere göre daha az üstün olmayacağı temelde yeni teknolojilere ihtiyacımız olacak.

Bunun ne olabileceği ve tüm mobil iletişimleri nasıl etkileyeceği kesinti altında.

Sanal gerçeklik, akıllı bir şehirde nesnelerin internetini kullanarak veri alışverişi, uydulardan ve diğer gezegenlerdeki yerleşim yerlerinden bilgi alma Güneş Sistemi ve tüm bu akışın korunması - bu tür sorunlar tek başına yeni bir iletişim standardı ile çözülemez.

Kuantum dolaşıklığı

Günümüzde kuantum iletişimleri örneğin özel güvenlik koşullarının gerekli olduğu bankacılık sektöründe kullanılmaktadır. Id Quantique, MagiQ, Smart Quantum şirketleri zaten hazır kriptosistemler sunuyor. Güvenlik için kuantum teknolojileri şunlara benzetilebilir: nükleer silahlar- bu neredeyse mutlak korumadır, ancak ciddi uygulama maliyetleri anlamına gelir. Kuantum dolaşma kullanarak bir şifreleme anahtarı iletirseniz, o zaman onu ele geçirmek saldırganlara herhangi bir değerli bilgi vermez; çıktıda yalnızca farklı bir sayı dizisi alırlar çünkü harici bir gözlemcinin müdahale ettiği sistemin durumu değişir.

Yakın zamana kadar küresel mükemmel bir şifreleme sistemi oluşturmak mümkün değildi; yalnızca birkaç on kilometre sonra iletilen sinyal soldu. Bu mesafeyi artırmak için birçok girişimde bulunuldu. Bu yıl Çin, 7.000 kilometreden fazla mesafede kuantum anahtar dağıtım şemalarını uygulaması gereken QSS (Uzay Ölçeğinde Kuantum deneyleri) uydusunu fırlattı.

Uydu iki dolaşmış foton üretecek ve bunları Dünya'ya gönderecek. Her şey yolunda giderse, anahtarın dolaşık parçacıklar kullanılarak dağıtılması kuantum iletişim çağının başlangıcını işaret edecek. Bu tür düzinelerce uydu, yalnızca Dünya üzerinde yeni bir kuantum İnternetin değil, aynı zamanda uzaydaki kuantum iletişiminin de temelini oluşturabilir: Ay ve Mars'ta gelecekteki yerleşimler ve güneş sisteminin ötesine geçen uydularla derin uzay iletişimleri için.

Kuantum ışınlanma

Kuantum ışınlanma ile bir nesnenin A noktasından B noktasına maddi aktarımı gerçekleşmez; madde veya enerji değil, “bilgi” aktarımı vardır. Işınlanma, gizli bilgilerin aktarılması gibi kuantum iletişimleri için kullanılır. Bunun alışık olduğumuz biçimdeki bilgi olmadığını anlamalıyız. Kuantum ışınlanma modelini basitleştirerek kanalın her iki ucunda rastgele sayılar dizisi oluşturmamıza, yani müdahale edilemeyecek bir şifreleme pedi oluşturmamıza olanak tanıyacağını söyleyebiliriz. Öngörülebilir gelecekte kuantum ışınlanma kullanılarak yapılabilecek tek şey budur.

Dünyada ilk kez 1997 yılında foton ışınlanması gerçekleşti. Yirmi yıl sonra, fiber optik ağlar üzerinden onlarca kilometre boyunca ışınlanma mümkün hale geldi (kuantum kriptografi alanındaki Avrupa programı çerçevesinde rekor 144 kilometreydi). Teorik olarak şehirde bir kuantum ağı kurmak zaten mümkün. Ancak laboratuvar koşulları ile gerçek dünya koşulları arasında önemli bir fark vardır. Fiber optik kablo, kırılma indeksini değiştiren sıcaklık değişimlerine tabidir. Güneşe maruz kalma nedeniyle fotonun fazı değişebilir ve bu da bazı protokollerde hataya neden olur.

, Kuantum Kriptografi Laboratuvarı.

Rusya dahil dünyanın her yerinde deneyler yapılıyor. Birkaç yıl önce ülkenin ilk kuantum iletişim hattı ortaya çıktı. St. Petersburg'daki ITMO Üniversitesi'nin iki binasını birbirine bağladı. 2016 yılında Kazan Kuantum Merkezi KNITU-KAI ve ITMO Üniversitesi'nden bilim adamları, 2,5 kilometrelik bir hat üzerinde 117 kbit/s'lik elenmiş kuantum dizilerinin üretim hızına ulaşan ülkenin ilk çok düğümlü kuantum ağını başlattı.

Bu yıl ilk ticari iletişim hattı ortaya çıktı - Rus Kuantum Merkezi, Gazprombank'ın ofislerini 30 kilometre uzaklıkta birbirine bağladı.

Sonbaharda, Moskova Devlet Üniversitesi Kuantum Optik Teknolojileri Laboratuvarı ve İleri Araştırma Vakfı'ndan fizikçiler, Noginsk ile Pavlovsky Posad arasında 32 kilometre uzaklıkta otomatik bir kuantum iletişim sistemini test ettiler.

Kuantum hesaplama ve veri aktarımı alanındaki projelerin yaratılma hızı dikkate alındığında, 5-10 yıl içinde (fizikçilerin kendilerine göre) kuantum iletişim teknolojisi nihayet laboratuvarlardan çıkacak ve mobil iletişim kadar yaygın hale gelecektir.

Olası dezavantajlar

İÇİNDE son yıllar konu giderek daha fazla tartışılıyor bilgi Güvenliği kuantum iletişimi alanında. Daha önce kuantum kriptografisi kullanılarak bilginin hiçbir koşulda ele geçirilemeyecek şekilde iletilmesinin mümkün olduğuna inanılıyordu. Kesinlikle güvenilir sistemlerin mevcut olmadığı ortaya çıktı: İsveçli fizikçiler, kuantum şifresinin hazırlanmasındaki bazı özellikler sayesinde belirli koşullar altında kuantum iletişim sistemlerinin hacklenebileceğini gösterdi. Buna ek olarak, Kaliforniya Üniversitesi'nden fizikçiler, aslında gözlemci ilkesini ihlal eden ve dolaylı verilerden kuantum sisteminin durumunun hesaplanmasına olanak tanıyan bir zayıf kuantum ölçümleri yöntemi önerdiler.

Ancak güvenlik açıklarının varlığı kuantum iletişimi fikrinden vazgeçmek için bir neden değil. Saldırganlar ve geliştiriciler (bilim adamları) arasındaki yarış temelde yeni bir seviyede devam edecek: yüksek bilgi işlem gücüne sahip ekipmanların kullanılması. Her hackerın bu tür ekipmanlara gücü yetmez. Ayrıca kuantum etkileri veri aktarımının hızlandırılmasını mümkün kılabilir. Dolaşmış fotonlar, polarizasyon yönü kullanılarak daha fazla kodlanırlarsa birim zamanda neredeyse iki kat daha fazla bilgi iletebilirler.

Kuantum iletişimi- her derde deva değil, ama şu ana kadar en çok kullanılanlardan biri olmaya devam ediyor umut verici yönler Küresel iletişimin gelişimi.

Kuantum fiziği bize temel olarak şunu sunuyor: yeni yol Güvenilirliği herhangi bir matematik problemini çözmenin karmaşıklığına değil, doğanın temel yasalarına dayanan bilgi koruması. Kuantum iletişim hatlarının pratik uygulaması kuantum kriptografisidir. İçinde bilgi aracılığıyla iletilir temel parçacıklarışık - fotonlar. Yeni nesil bilgi işlem cihazları (kuantum bilgisayarlar) kriptografik anahtarların kırılmasını mümkün kılacak. Ancak ideal hassasiyete sahip bir cihaz, kuantum kanalı aracılığıyla iletilen bilgiyi almaya çalışsa bile, bu kaçınılmaz olarak fotonun durumunu değiştirecektir. Basitçe söylemek gerekirse, eğer birisi bilgiye "kulak misafiri" olmaya çalışırsa, kaçınılmaz olarak iletilen mesajı "mahvedecek" ve dolayısıyla fark edilecektir. Başka bir deyişle kuantum kriptografisinin güvenilirliği matematiksel olarak titizlikle kanıtlanmıştır.

Birçok ülke bu teknolojinin en yüksek gelişme seviyesine ulaştı. Kuantum şifreleme düzeyi TRL-9 (içinde bu durumda Sistem başarılı bir şekilde test edilmiş ve kendi çalışma ortamında çalışmaktadır) ABD, Çin ve İsviçre'de uygulanmıştır. Yabancı üreticilerin cihazları, şehir ağları üzerinden 80-100 km'ye varan mesafelerde 10-300 kbit/s üretim hızına sahip bir kuantum anahtarını iletebilmektedir. Daha uzun mesafelerdeki iletim şimdiye kadar yalnızca laboratuvar deneyleriyle başarıldı. Yani, içinde Birlikte çalışma ve 2014 yılında, bir kuantum anahtarının 327 km'lik bir mesafeye iletilmesinin temel olasılığı gösterildi; o zamanlar bu rekor bir mesafeydi.

Ancak kuantum kriptografi cihazları halihazırda ediniliyor olsa da ticari bankalarİsviçre ve Rusya henüz ticari olarak satılan cihazlar yaratmadı. Ancak Rusya Kuantum Merkezi'nde endüstriyel bir cihaz geliştiriliyor. Rusya'da ilk kez, uzun kentsel ağlarda kuantum anahtar dağıtımının bir prototipi gösterildi Genel kullanım 30 km uzunluğunda. Bu, projenin TRL-7 seviyesine taşındığı (yani gerçek sisteme en yakın prototipin ortaya konulduğu) anlamına geliyor. Seri üretime hazır olma tarihi 2017 sonu olup, cihazın planlanan özellikleri dünyadaki en iyi gelişmelerle aynıdır.

Kuantum kriptografinin potansiyelini tam olarak gerçekleştirmek için ağ uygulaması. Örneğin Çin, ara güvenli sunuculara sahip 2000 km uzunluğunda bir kuantum ağı (300 km halihazırda işletmeye alınmıştır) inşa etmek için 560 milyon yuan (80 milyon dolardan fazla) ayırdı. Bu ağ 32 açıklıklı bir zincirden oluşur. ABD'de ise Battelle ve ID Quantique, 10.000 km'ye genişleme ihtimaliyle 650 km'lik bir kuantum ağı kuracak. Rusya'da da bu teknolojiyle korunan kapsamlı hükümet ağlarının inşasına ihtiyaç duyulması bekleniyor. Ancak bunun için eşlik eden protokollerin, bir donanım ağının oluşturulması ve 7/24 modunda deneme çalışmasının gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, yabancı meslektaşların deneyimlerine göre tüketici tarafından teknolojinin geliştirilmesi, test edilmesi ve ustalaşmasının tam döngüsü en az beş yıl gerektirir.

Şu anda hızlı veri aktarımının ana yönteminin optik fiber olduğunu belirtmekte fayda var, ancak verilen iki nokta arasında sürekli bir hat kurmak veya en azından bunu hızlı bir şekilde yapmak her zaman mümkün olmuyor. Kuantum kriptografisi de burada yardımcı olacaktır: Herhangi iki nokta arasındaki gizli veri aktarımı, yapay bir Dünya uydusuna bir verici veya alıcı kurularak gerçekleştirilebilir. Bu durumda bu noktaların uydu yörüngesine yakın konumu önemlidir ve aralarındaki mesafenin bir önemi yoktur. 2016 yazında Çin, görevi küresel kuantum anahtar dağıtımı için Sputnik-Earth kuantum kriptografisini göstermek olan bir uyduyu zaten fırlattı. Rusya Kuantum Merkezi tarafından uydu optik iletişiminin ve kuantum kriptografisinin tek bir tasarımda uygulanmasını mümkün kılan bir teknolojinin geliştirilmesine yönelik bir proje de hazırlanıyor. Uydu-Dünya veri iletimi için optik sinyalin minimum enerji yoğunluğunu belirlemesi, veri iletimini göstermesi gereken bir mikro uydu (6U CubeSat) oluşturulacaktır. farklı uzunluklar Uydudan dalgalar ve çevrimiçi video aktarımı.

Evet, her şey doğru, sadece şu an ekipman, müdahalenin mümkün olduğu ideal bir kanal durumu sağlamaz ve buna ek olarak PNS saldırıları olasılığı da yoktur; bir darbe birden fazla foton içerdiğinde, bir saldırgan darbelerin bir kısmını "farkedilemez bir şekilde" kaldırabilir ve analizden sonra elde edebilir. bilginin bir kısmı, çoğu foton ise bitiş noktasına ulaşacak. Adil olmak gerekirse, bu tür bir saldırının nasıl tespit edilip durdurulacağını zaten anladıklarını söylemek gerekir. Ancak bu yine de bu algoritmaların mükemmel olmadığı gerçeğini ortadan kaldırmıyor.

Üstelik kuantum bilgisayarın icadının tüm kriptografik anahtarları kırmayı mümkün kılacağı sözleri de kurgudur. Asimetrik kripto algoritmalarının dayandığı problemlerin çoğu katlanarak hızlanıyor. Ancak simetrik ve hash toplamları için anahtar uzunluğunu iki katına çıkarmak yeterlidir, çünkü Grover'ın algoritması, N değerlerini tamamen numaralandırmak için O(sqrt(N)) işlemlerini gerektirir: 2^128 anahtarı numaralandırmak yerine (teoride) yalnızca 2^64 kuantum işlemi gerektirir (pratikte bu kadar uzun bir işlemle ilgili sorunlar vardır) bir kuantum durumunun).

Kuantum fiziği bilgiyi korumanın tamamen yeni bir yolunu sunuyor. Neden ihtiyaç duyuldu, güvenli bir iletişim kanalı oluşturmak artık mümkün değil mi? Elbette mümkün. Ancak bunlar zaten yaratılmış durumda ve yaygınlaştıkları anda modern olanlar işe yaramaz olacak çünkü bunlar güçlü bilgisayarlar onları saniyeden çok daha kısa bir sürede hackleyebilecekler. Kuantum iletişimi, fotonları (temel parçacıklar) kullanarak bilgileri şifrelemenize olanak tanır.

Kuantum kanalına erişim sağlayan bu tür bilgisayarlar, bir şekilde fotonların mevcut durumunu değiştirecek. Ve bilgi almaya çalışmak ona zarar verir. Bilgi aktarım hızı elbette telefon iletişimi gibi mevcut diğer kanallarla karşılaştırıldığında daha düşüktür. Ancak kuantum iletişimi çok daha yüksek düzeyde gizlilik sağlar. Bu elbette çok büyük bir artı. Özellikle modern dünya Siber suçların her geçen gün arttığı bir dönemde.

Aptallar için kuantum iletişimi

Bir zamanlar güvercin postasının yerini telgraf aldı, telgrafın yerini de radyo aldı. Elbette bugün öyle ama başkaları da ortaya çıktı modern teknolojiler. Sadece on yıl önce İnternet bugün olduğu kadar yaygın değildi ve ona erişim oldukça zordu - İnternet kulüplerine gitmek, çok pahalı kartlar satın almak vb. gerekiyordu. Bugün internet olmadan bir saat yaşayamayız, ve 5G'yi sabırsızlıkla bekliyoruz.

Ancak başka bir yeni iletişim standardı, şu anda interneti kullanarak veri alışverişini organize etme, diğer gezegenlerdeki yerleşim yerlerinden uydulardan veri alma vb. sorunları çözmeyecek. Tüm bu veriler güvenilir bir şekilde korunmalıdır. Ve bu, kuantum dolaşıklığı adı verilen yöntem kullanılarak organize edilebilir.

Kuantum iletişimi nedir? "Aptallar" için bu fenomen, farklı kuantum özellikleri arasındaki bağlantı olarak açıklanıyor. Parçacıklar birbirinden büyük mesafelerle ayrıldığında bile devam eder. Kuantum dolaşma kullanılarak şifrelenen ve iletilen bir anahtar, onu ele geçirmeye çalışan bilgisayar korsanlarına herhangi bir değerli bilgi sağlamayacaktır. Dışarıdan müdahaleyle sistemin durumu değişeceği için ellerine geçen tek şey farklı rakamlar olacak.

Ancak dünya çapında bir veri iletim sistemi oluşturmak mümkün değildi çünkü birkaç on kilometre sonra sinyal zayıfladı. 2016 yılında fırlatılan uydu, 7 bin kilometreden fazla mesafelerde kuantum anahtar aktarımına yönelik bir planın uygulanmasına yardımcı olacak.

Yeni bağlantıyı kullanmaya yönelik ilk başarılı girişimler

İlk kuantum kriptografi protokolü 1984 yılında elde edildi. Bugün bu teknoloji başarıyla kullanılmaktadır. Bankacılık sektörü. Tanınmış şirketler kendi oluşturdukları kripto sistemleri sunmaktadır.

Kuantum iletişim hattı standart bir fiber optik kablo üzerinde gerçekleştirilir. Rusya'da Gazpromabank'ın Novye Cheryomushki'deki şubeleri ile Korovye Val arasındaki ilk güvenli kanal döşendi. Toplam uzunluk 30,6 km'dir, anahtar aktarımı sırasında hatalar meydana gelir, ancak yüzdeleri minimumdur - yalnızca% 5.

Çin kuantum iletişim uydusunu fırlattı

Dünyanın bu türden ilk uydusu Çin'de fırlatıldı. Uzun Yürüyüş-2D roketi, 16 Ağustos 2016'da Jiu Quan Kozmodromundan fırlatıldı. 600 kg ağırlığındaki uydu, Kozmik Ölçekte Kuantum Deneyleri programı kapsamında 310 mil (veya 500 km) yükseklikte güneşle senkronize bir yörüngede 2 yıl boyunca uçacak. Cihazın Dünya etrafındaki yörünge süresi bir buçuk saattir.

Kuantum iletişim uydusuna MS 5. yüzyılda yaşamış filozofun anısına Micius veya "Mo Tzu" adı verilmiştir. ve genel olarak kabul edildiği gibi optik deneyler yapan ilk kişiydi. Bilim insanları mekanizmayı inceleyecek ve bunu uydu ile Tibet'teki bir laboratuvar arasında yürütecek.

İkincisi parçacığın kuantum durumunu belirli bir mesafeye iletir. Bu işlemi uygulamak için, birbirinden belli bir mesafede konumlanmış bir çift dolaşmış (başka bir deyişle bağlantılı) parçacığa ihtiyacınız var. Kuantum fiziğine göre, birbirlerinden uzakta olsalar bile partnerlerinin durumu hakkında bilgi yakalayabiliyorlar. Yani uzak uzayda bulunan bir parçacığı, laboratuvardaki yakındaki eşini etkileyerek etkilemek mümkündür.

Uydu, birbirine dolaşmış iki foton oluşturacak ve bunları Dünya'ya gönderecek. Deney başarılı olursa başlangıç ​​olacak yeni Çağ. Bu tür düzinelerce uydu, yalnızca yaygın kuantum interneti sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda Mars ve Ay'daki gelecekteki yerleşimler için uzayda kuantum iletişimi de sağlayabilir.

Bu tür uydulara neden ihtiyaç duyuluyor?

Peki neden bir kuantum iletişim uydusuna ihtiyacımız var? Mevcut konvansiyonel uydular yeterli değil mi? Gerçek şu ki bu uydular geleneksel uyduların yerini almayacak. Kuantum iletişiminin ilkesi, mevcut geleneksel veri kanallarını kodlamak ve korumaktır. Örneğin, onun yardımıyla İsviçre'de 2007'deki parlamento seçimlerinde güvenlik zaten sağlanmıştı.

Kâr amacı gütmeyen bir araştırma kuruluşu olan Battelle Memorial Institute, kuantum dolaşıklığı kullanarak Amerika Birleşik Devletleri (Ohio) ve İrlanda'daki (Dublin) şubeler arasında bilgi alışverişinde bulunuyor. Prensibi, fotonların (temel olanlar) davranışına dayanır.Onların yardımıyla bilgi kodlanır ve alıcıya gönderilir. Teorik olarak en dikkatli müdahale girişimi bile iz bırakacaktır. Kuantum anahtarı anında değişecek ve girişimde bulunan saldırgan, anlamsız bir karakter seti alacaktır. Dolayısıyla bu iletişim kanalları üzerinden iletilecek olan tüm verilere müdahale edilemez ve kopyalanamaz.

Uydu, bilim adamlarının yer istasyonları ile uydunun kendisi arasındaki anahtar dağılımını test etmelerine yardımcı olacak.

Çin'de kuantum iletişim, Şangay'dan Pekin'e kadar 4 şehri birbirine bağlayan toplam 2 bin kilometre uzunluğundaki fiber optik kablolar sayesinde hayata geçirilecek. Foton serileri süresiz olarak iletilemez ve istasyonlar arasındaki mesafe ne kadar büyük olursa bilginin zarar görme olasılığı da o kadar yüksek olur.

Belirli bir mesafe kat ettikten sonra sinyal zayıflıyor ve bilim adamları, doğru bilgi aktarımını sağlamak için sinyali her 100 km'de bir güncellemenin bir yoluna ihtiyaç duyuyor. Kablolarda bu, anahtarın analiz edildiği, yeni fotonlarla kopyalandığı ve taşındığı doğrulanmış düğümler aracılığıyla gerçekleştirilir.

Biraz tarih

1984 yılında Montreal Üniversitesi'nden Brassard J. ve IBM'den Bennett C., güvenli bir temel kanal elde etmek için fotonların kriptografide kullanılabileceğini öne sürdüler. Teklif ettiler basit devre BB84 adı verilen şifreleme anahtarlarının kuantum yeniden dağıtımı.

Bu şema, bilginin iki kullanıcı arasında polarize kuantum durumları biçiminde iletildiği bir kuantum kanalını kullanır. Bunları gizlice dinleyen bir bilgisayar korsanı, bu fotonları ölçmeye çalışabilir, ancak bunu, yukarıda belirtildiği gibi, fotonlarda bozulma yaratmadan yapamaz. 1989'da Araştırma Merkezi IBM Brassard ve Bennett dünyanın ilk çalışan kuantum şifreleme sistemini yarattı.

Kuantum optik şifreleme sistemi (KOKS) nelerden oluşur?

COX'in temel teknik özellikleri (hata oranı, veri aktarım hızı vb.), kuantum durumlarını oluşturan, ileten ve ölçen kanalı oluşturan elemanların parametreleri tarafından belirlenir. Tipik olarak COX, bir iletim kanalıyla bağlanan alıcı ve verici parçalardan oluşur.

Radyasyon kaynakları 3 sınıfa ayrılır:

• lazerler;
• mikrolazerler;
• ışık yayan diyotlar.

Optik sinyalleri iletmek için, farklı tasarımlara sahip kablolar halinde birleştirilen fiber optik LED'ler ortam olarak kullanılır.

Kuantum İletişim Gizliliğinin Doğası

İletilen bilginin binlerce fotonlu darbelerle kodlandığı sinyallerden, ortalama olarak darbe başına birden az fotonun bulunduğu sinyallere geçerken kuantum yasaları devreye giriyor. Gizliliğe ulaşmayı mümkün kılan şey, bu yasaların klasik kriptografiyle kullanılmasıdır.

Kuantum kriptografi cihazlarında Heisenberg belirsizlik ilkesi kullanılır ve bu sayede kuantum sistemini değiştirmeye yönelik her türlü girişim, sistemde değişikliklere neden olur ve böyle bir ölçüm sonucunda elde edilen oluşum, alıcı tarafça yanlış olarak belirlenir.

Kuantum kriptografisi bilgisayar korsanlığına karşı %100 garanti veriyor mu?

Teorik olarak öyle ama teknik çözümler tamamen güvenilir değil. Saldırganlar, kuantum dedektörlerini kör eden bir lazer ışını kullanmaya başladı ve ardından fotonların kuantum özelliklerine yanıt vermeyi bıraktılar. Bazen çoklu foton kaynakları kullanılıyor ve saldırganlar bunlardan birini atlayıp aynı olanları ölçebiliyor.

Telgraf güvercin postasını “öldürdü”. Radyo telgrafın yerini aldı. Radyo elbette hiçbir yerde ortadan kaybolmadı, ancak kablolu ve kablosuz diğer veri aktarım teknolojileri ortaya çıktı. Nesillerdir iletişim standartları çok hızlı bir şekilde birbirinin yerini alıyor: 10 yıl önce mobil İnternet bir lükstü ve şimdi 5G'nin gelişini bekliyoruz. Yakın gelecekte, modern teknolojilerden, radyo telgraflarının güvercinlere göre daha az üstün olmayacağı temelde yeni teknolojilere ihtiyacımız olacak.

Bunun ne olabileceği ve tüm mobil iletişimleri nasıl etkileyeceği kesinti altında.

Sanal gerçeklik, nesnelerin internetini kullanarak akıllı bir şehirde veri alışverişi yapmak, uydulardan ve güneş sisteminin diğer gezegenlerinde bulunan yerleşim yerlerinden bilgi almak ve tüm bu akışı korumak gibi sorunlar tek başına yeni bir iletişim standardı ile çözülemez.

Kuantum dolaşıklığı

İletişimin evrimi için bizi bekleyen ana seçeneklerden biri kuantum etkilerinin kullanılmasıdır. Bu teknoloji ortadan kaldırmayacak ancak tamamlayabilir geleneksel türler iletişim (her ne kadar kuantum dolanıklığa dayalı bir ağın teorik olarak diğer iletişim türlerinin yerini alabileceği fikrini hemen reddedemeyiz).

Kuantum dolaşıklığı, kuantum özellikleri arasındaki bağlantı olgusudur. Parçacıklar uzun bir mesafeden uzaklaşsa bile bağlantı korunabilir, çünkü bağlı parçacıklardan birinin kuantum özelliklerini ölçerek ikincisinin özelliklerini otomatik olarak biliriz. İlk kuantum kriptografi protokolü 1984'te ortaya çıktı. O günden bu yana pek çok deneysel ve ticari sistemler kuantum dünyasının fenomenlerine dayanmaktadır.

(c) Çin Bilimler Akademisi

Günümüzde kuantum iletişimleri örneğin özel güvenlik koşullarının gerekli olduğu bankacılık sektöründe kullanılmaktadır. Id Quantique, MagiQ, Smart Quantum şirketleri zaten hazır kriptosistemler sunuyor. Güvenliği sağlamaya yönelik kuantum teknolojileri nükleer silahlarla karşılaştırılabilir - bu neredeyse mutlak korumadır, ancak ciddi uygulama maliyetleri anlamına gelir. Kuantum dolaşma kullanarak bir şifreleme anahtarı iletirseniz, o zaman onu ele geçirmek saldırganlara herhangi bir değerli bilgi vermez; çıktıda yalnızca farklı bir sayı dizisi alırlar çünkü harici bir gözlemcinin müdahale ettiği sistemin durumu değişir.

Yakın zamana kadar küresel mükemmel bir şifreleme sistemi oluşturmak mümkün değildi; yalnızca birkaç on kilometre sonra iletilen sinyal soldu. Bu mesafeyi artırmak için birçok girişimde bulunuldu. Bu yıl Çin, 7.000 kilometreden fazla mesafede kuantum anahtar dağıtım şemalarını uygulaması gereken QSS (Uzay Ölçeğinde Kuantum deneyleri) uydusunu fırlattı.

Uydu iki dolaşmış foton üretecek ve bunları Dünya'ya gönderecek. Her şey yolunda giderse, anahtarın dolaşık parçacıklar kullanılarak dağıtılması kuantum iletişim çağının başlangıcını işaret edecek. Bu tür düzinelerce uydu, yalnızca Dünya üzerinde yeni bir kuantum İnternetin değil, aynı zamanda uzaydaki kuantum iletişiminin de temelini oluşturabilir: Ay ve Mars'ta gelecekteki yerleşimler ve güneş sisteminin ötesine geçen uydularla derin uzay iletişimleri için.

Kuantum ışınlanma

Kuantum ışınlanma ile bir nesnenin A noktasından B noktasına maddi aktarımı gerçekleşmez; madde veya enerji değil, “bilgi” aktarımı vardır. Işınlanma, gizli bilgilerin aktarılması gibi kuantum iletişimleri için kullanılır. Bunun alışık olduğumuz biçimdeki bilgi olmadığını anlamalıyız. Kuantum ışınlanma modelini basitleştirerek kanalın her iki ucunda rastgele sayılar dizisi oluşturmamıza, yani müdahale edilemeyecek bir şifreleme pedi oluşturmamıza olanak tanıyacağını söyleyebiliriz. Öngörülebilir gelecekte kuantum ışınlanma kullanılarak yapılabilecek tek şey budur.

Dünyada ilk kez 1997 yılında foton ışınlanması gerçekleşti. Yirmi yıl sonra, fiber optik ağlar üzerinden onlarca kilometre boyunca ışınlanma mümkün hale geldi (kuantum kriptografi alanındaki Avrupa programı çerçevesinde rekor 144 kilometreydi). Teorik olarak şehirde bir kuantum ağı kurmak zaten mümkün. Ancak laboratuvar koşulları ile gerçek dünya koşulları arasında önemli bir fark vardır. Fiber optik kablo, kırılma indeksini değiştiren sıcaklık değişimlerine tabidir. Güneşe maruz kalma nedeniyle fotonun fazı değişebilir ve bu da bazı protokollerde hataya neden olur.

, Kuantum Kriptografi Laboratuvarı.

Rusya dahil dünyanın her yerinde deneyler yapılıyor. Birkaç yıl önce ülkenin ilk kuantum iletişim hattı ortaya çıktı. St. Petersburg'daki ITMO Üniversitesi'nin iki binasını birbirine bağladı. 2016 yılında Kazan Kuantum Merkezi KNITU-KAI ve ITMO Üniversitesi'nden bilim adamları, 2,5 kilometrelik bir hat üzerinde 117 kbit/s'lik elenmiş kuantum dizilerinin üretim hızına ulaşan ülkenin ilk çok düğümlü kuantum ağını başlattı.

Bu yıl ilk ticari iletişim hattı ortaya çıktı - Rus Kuantum Merkezi, Gazprombank'ın ofislerini 30 kilometre uzaklıkta birbirine bağladı.

Sonbaharda, Moskova Devlet Üniversitesi Kuantum Optik Teknolojileri Laboratuvarı ve İleri Araştırma Vakfı'ndan fizikçiler, Noginsk ile Pavlovsky Posad arasında 32 kilometre uzaklıkta otomatik bir kuantum iletişim sistemini test ettiler.

Kuantum hesaplama ve veri aktarımı alanındaki projelerin yaratılma hızı dikkate alındığında, 5-10 yıl içinde (fizikçilerin kendilerine göre) kuantum iletişim teknolojisi nihayet laboratuvarlardan çıkacak ve mobil iletişim kadar yaygın hale gelecektir.

Olası dezavantajlar

Son yıllarda kuantum iletişimi alanında bilgi güvenliği konusu giderek daha fazla tartışılıyor. Daha önce kuantum kriptografisi kullanılarak bilginin hiçbir koşulda ele geçirilemeyecek şekilde iletilmesinin mümkün olduğuna inanılıyordu. Kesinlikle güvenilir sistemlerin mevcut olmadığı ortaya çıktı: İsveçli fizikçiler, kuantum şifresinin hazırlanmasındaki bazı özellikler sayesinde belirli koşullar altında kuantum iletişim sistemlerinin hacklenebileceğini gösterdi. Buna ek olarak, Kaliforniya Üniversitesi'nden fizikçiler, aslında gözlemci ilkesini ihlal eden ve dolaylı verilerden kuantum sisteminin durumunun hesaplanmasına olanak tanıyan bir zayıf kuantum ölçümleri yöntemi önerdiler.

Ancak güvenlik açıklarının varlığı kuantum iletişimi fikrinden vazgeçmek için bir neden değil. Saldırganlar ve geliştiriciler (bilim adamları) arasındaki yarış temelde yeni bir seviyede devam edecek: yüksek bilgi işlem gücüne sahip ekipmanların kullanılması. Her hackerın bu tür ekipmanlara gücü yetmez. Ayrıca kuantum etkileri veri aktarımının hızlandırılmasını mümkün kılabilir. Dolaşmış fotonlar, polarizasyon yönü kullanılarak daha fazla kodlanırlarsa birim zamanda neredeyse iki kat daha fazla bilgi iletebilirler.

Kuantum iletişimi her derde deva değil, ancak şimdilik küresel iletişimin gelişimi için en umut verici alanlardan biri olmaya devam ediyor.

Telekomünikasyon alanındaki teknolojik ilerleme durmuyor. Görünüşe göre yüksek hızlı İnternet, gezegenimizin en uzak köşelerine ancak son zamanlarda ulaşmaya başladı, çünkü bilim adamları zaten kuantum iletişiminin başlatılmasından bahsediyor.

Kuantum iletişimi nedir ve kuantum iletişimi nasıl çalışır?

Kuantum iletişimi, kuantum durumlarındaki kodlanmış bilgilerin bir noktadan diğerine iletilmesi için kullanılan bir dizi yöntemdir. Kuantum iletişimi, bilginin şifreli biçimde iletilmesini mümkün kılar.

Kuantum kriptografinin ana fikri, mesajların tamamen şifrelenerek üçüncü şahısların onları ele geçirmesini imkansız hale getirmesidir. İletilen her mesaj kendine özgü bir gizli anahtar içerir. Üstelik iletilen bilgilerin mutlak gizliliği, hesaplama ve teknik yeteneklerle değil, doğa yasalarıyla sağlanır.

Sinyaller tek foton akışı kullanılarak iletilir. Bir foton bölünemez, ölçülemez, kopyalanamaz veya sessizce kaldırılamaz. Bu tür eylemler nedeniyle foton basitçe yok edilir ve alıcısına ulaşamaz.

Kuantum iletişim uygulamaları: kuantum iletişim hatları, kuantum iletişim uydusu, kuantum telefon

Günümüzde kuantum dolanıklığa dayalı iletişim tam da bu alanlarda kullanılmaktadır. Özel durumlar Bankacılık sektöründe olduğu gibi güvenlik.

2016 yılında Rusya'da ülkenin ilk kuantum iletişim hattını kurduk. Bu hat Moskova'daki 2 Gazprom şubesini birbirine bağlıyordu. Ve bu kuantum iletişim hattının toplam uzunluğu 30 km'yi biraz aştı.

Ve geçtiğimiz günlerde ilk şehirlerarası hat hizmete açıldı Leningrad bölgesi. Uzunluğu zaten 60 km.

Ancak bu tür karasal iletişimin küresel bir ölçeği yoktur. Büyük umutların bağlandığı uydu, kuantum iletişiminin uygulama sınırlarının genişletilmesine olanak tanıyacak. Bilim insanları, kuantum iletişim uydusunun kullanılmasıyla kuantum anahtar dağıtım planının uygulanmasının 7 bin km'ye çıkarılmasını bekliyor. Ve eğer bu tür çok sayıda uydu varsa, bunlar yalnızca kuantum İnternetin küresel yayılmasını sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda uzayda kuantum iletişimini de sağlayabilecekler.

Bu tür ilk uydu 2016 yılında Çin tarafından fırlatılmıştı. Çin kuantum iletişim uydusunu fırlatmanın asıl amacı, Uydu-Dünya rotası boyunca kuantum iletişiminin dağılımını incelemekti. Micius'tan gelen sinyalin atmosferden geçtiği ve iki yer istasyonu tarafından alındığı başarılı deneyler zaten yapıldı. 2017 yılında Çin'de bir kuantum iletişim uydusunun testi tamamlandı. Uydu devreye alındı.

Ve 2017 yılında ilk kuantum telefon Moskova Devlet Üniversitesi'nde test edildi. Bilim insanları, iletişim güvenliğinin yanı sıra kuantum telefonun ne mesafeden ne de korkudan kesinlikle korkmadığını belirtiyor. hava durumu. Böyle bir telefonun geliştirilmesinde tam bir gürültü bağışıklığı sağlanmıştır.

Kuantum iletişimi Kore'de de aktif olarak gelişiyor. Zaten şu anda Güney Kore bu tür telefonlarla donatılmış kentsel geçitleri piyasaya sürmeye hazırlanıyor. Kuantum telefonun alıştığımız cep telefonlarının yerini alabileceğine inanılıyor.

Kuantum iletişimiyle ilgili olası sorunlar

Kuantum iletişimi henüz gelişmeye başlıyor. Bu nedenle bilim insanları ve geliştiriciler bazı sorunlarla yüzleşmek zorunda kalıyor.

Asıl sorun finansman. Kuantum iletişim hatlarının incelenmesi ve geliştirilmesi büyük yatırımlar gerektirir. Üstelik ağ tam olarak incelenene kadar bu yatırımların neredeyse hiçbir getirisi yoktur. Ancak hükümetler kuantum iletişiminin açacağı olasılıkların gayet iyi farkında ve bu nedenle geliştirilmesi için para ayırmıyorlar.

Diğer bir sorun ise bir bitin yalnızca bir kez kopyalanabilmesidir. Bu, bilginin yalnızca kuantum iletişim kanalı aracılığıyla iletilebileceği anlamına gelir. Ve sonra onunla hiçbir şey yapamayacaksın. Şu anda bilim adamları bu sorunu çözmeye çalışıyorlar. Şimdi de kuantum iletişim teknolojilerini kullanarak dolaşmış foton çiftleri oluşturmaya çalışıyorlar. Onların yardımıyla bir noktadan iki yöne mesaj göndermek ve iki uzak noktayı birbirine bağlamak mümkün olacak. Bu tür düğümlerden çok sayıda oluşturursanız, sonsuz uzunluktaki mesafelerde bir iletişim hattı düzenlemek mümkün olacaktır. Ancak bu fikri hayata geçirmek için kuantum hafızaya da ihtiyaç var. Ve yaratılışı yalnızca gelişme sürecindedir.