Kvantna fizika ponuja popolnoma nov način zaščite informacij. Zakaj je to potrebno, ali je zdaj nemogoče postaviti varen komunikacijski kanal? Seveda lahko. Toda kvantni računalniki so že ustvarjeni in v trenutku, ko bodo postali vseprisotni, bodo sodobni algoritmi šifriranja neuporabni, saj jih bodo ti zmogljivi računalniki lahko razbili v delčku sekunde. Kvantna komunikacija vam omogoča šifriranje informacij s pomočjo fotonov - elementarnih delcev.
Takšni računalniki, ki bodo pridobili dostop do kvantnega kanala, bodo tako ali drugače spremenili dejansko stanje fotonov. In poskus pridobivanja informacij jih bo pokvaril. Hitrost prenosa informacij je seveda nižja kot pri drugih trenutno obstoječih kanalih, na primer pri telefonskih komunikacijah. Toda kvantna komunikacija zagotavlja veliko večjo stopnjo tajnosti. To je seveda zelo velik plus. Še posebej v današnjem svetu, kjer je kibernetski kriminal vsak dan v porastu.
Kvantna komunikacija za lutke
Ko je golobjo pošto izpodrinil telegraf, je telegraf izpodrinil radio. Seveda danes ni izginil, ampak so se pojavile druge sodobne tehnologije. Še pred desetimi leti internet še ni bil tako razširjen, kot je danes, in do njega je bilo precej težko dostopati – moral si hoditi v internetne klube, kupovati zelo drage kartice itd. Danes ne živimo uro brez interneta in veselimo se 5G.
Vendar naslednji novi komunikacijski standard ne bo rešil težav, s katerimi se zdaj sooča organizacija izmenjave podatkov z uporabo interneta, prejemanje podatkov s satelitov iz naselij na drugih planetih itd. Vsi ti podatki morajo biti varno zaščiteni. In to je mogoče organizirati s tako imenovano kvantno zapletenostjo.
Kaj je kvantna vez? Za "lubake" je ta pojav razložen kot povezava različnih kvantnih značilnosti. Ohrani se tudi, ko so delci med seboj ločeni na veliko razdaljo. Šifriran in posredovan z uporabo kvantne zapletenosti ključ ne bo zagotovil nobenih dragocenih informacij krekerjem, ki ga poskušajo prestreči. Dobili bodo le druge številke, saj se bo stanje sistema z zunanjim posredovanjem spremenilo.
Vendar ni bilo mogoče ustvariti svetovnega sistema za prenos podatkov, ker je po nekaj deset kilometrih signal zbledel. Satelit, ki je bil lansiran leta 2016, bo pomagal izvajati shemo prenosa kvantnih ključev na razdaljah več kot 7.000 km.
Prvi uspešni poskusi uporabe nove povezave
Prvi protokol kvantne kriptografije je bil pridobljen leta 1984d. Danes se ta tehnologija uspešno uporablja v bančnem sektorju. Znana podjetja ponujajo kriptosisteme, ki so jih ustvarili.
Kvantna komunikacijska linija je izvedena na standardnem kablu iz optičnih vlaken. V Rusiji je bil položen prvi varen kanal med podružnicami Gazprombank v Novye Cheryomushki in na Korovem Valu. Skupna dolžina je 30,6 km, napake se pojavljajo med prenosom ključa, vendar je njihov odstotek minimalen - le 5%.
Kitajska lansira kvantni komunikacijski satelit
Prvi tak satelit na svetu je bil izstreljen na Kitajskem. Raketa Long March-2D je bila izstreljena 16. avgusta 2016 z izstrelišča Jiu Quan. Satelit, ki tehta 600 kg, bo 2 leti letel v sončno sinhroni orbiti, visoki 310 milj (ali 500 km) v okviru programa "Kvantni eksperimenti na kozmični lestvici". Obdobje vrtenja naprave okoli Zemlje je uro in pol.
Kvantni komunikacijski satelit se imenuje Micius ali "Mo-Tzu", po filozofu, ki je živel v 5. stoletju našega štetja. in, kot se običajno verjame, prvi, ki je izvedel optične poskuse. Znanstveniki bodo preučevali mehanizem kvantne prepletenosti in izvedli kvantno teleportacijo med satelitom in laboratorijem v Tibetu.
Slednji posreduje kvantno stanje delca na dano razdaljo. Za izvedbo tega postopka je potreben par zapletenih (z drugimi besedami, povezanih) delcev, ki se nahajajo drug od drugega na razdalji. Po kvantni fiziki so sposobni zajeti informacije o stanju partnerja, tudi ko sta daleč drug od drugega. To pomeni, da lahko zagotoviteudarec na delec, ki je v globokem vesolju, prizadene partnerja, ki je v bližini, v laboratoriju.
Satelit bo ustvaril dva zapletena fotona in ju poslal na Zemljo. Če bo izkušnja uspešna, bo to pomenilo začetek nove dobe. Na desetine takšnih satelitov bi lahko zagotovile ne le vseprisotnost kvantnega interneta, ampak tudi kvantne komunikacije v vesolju za prihodnja naselja na Marsu in Luni.
Zakaj potrebujemo takšne satelite
Toda zakaj sploh potrebujete kvantni komunikacijski satelit? Ali običajni sateliti že obstajajo? Dejstvo je, da ti sateliti ne bodo nadomestili običajnih. Načelo kvantne komunikacije je kodiranje in zaščito obstoječih običajnih kanalov za prenos podatkov. Z njegovo pomočjo je bila na primer varnost zagotovljena že med parlamentarnimi volitvami leta 2007 v Švici.
The Battelle Memorial Institute, neprofitna raziskovalna organizacija, izmenjuje informacije med poglavji v ZDA (Ohio) in na Irskem (Dublin) z uporabo kvantne prepletenosti. Njegov princip temelji na obnašanju fotonov - elementarnih delcev svetlobe. Z njihovo pomočjo se informacije kodirajo in pošljejo naslovniku. Teoretično bo tudi najbolj previden poskus vmešavanja pustil pečat. Kvantni ključ se bo takoj spremenil in poskus hekerja bo končal z nesmiselnim naborom znakov. Zato vseh podatkov, ki bodo posredovani po teh komunikacijskih kanalih, ni mogoče prestreči ali kopirati.
Satelitbo pomagal znanstvenikom testirati porazdelitev ključev med zemeljskimi postajami in samim satelitom.
Kvantna komunikacija na Kitajskem bo izvedena zahvaljujoč optičnim kablom v skupni dolžini 2 tisoč km in združuje 4 mesta od Šanghaja do Pekinga. Niz fotonov ni mogoče prenašati v nedogled in večja kot je razdalja med postajami, večja je možnost, da bodo informacije poškodovane.
Po določeni razdalji signal zbledi in znanstveniki potrebujejo način za posodobitev signala vsakih 100 km, da bi ohranili pravilen prenos informacij. Pri kablih se to doseže s preizkušenimi vozlišči, kjer se ključ analizira, kopira z novimi fotoni in gre naprej.
Malo zgodovine
Leta 1984 sta Brassard J. z Univerze v Montrealu in Bennet C. iz IBM-a predlagala, da bi fotone lahko uporabili v kriptografiji za pridobitev varnega temeljnega kanala. Predlagali so preprosto shemo za kvantno prerazporeditev šifrirnih ključev, ki se je imenovala BB84.
Ta shema uporablja kvantni kanal, po katerem se informacije prenašajo med dvema uporabnikoma v obliki polariziranih kvantnih stanj. Heker, ki prisluškova, bi lahko poskušal izmeriti te fotone, vendar tega ne more storiti, kot je navedeno zgoraj, ne da bi jih popačil. Leta 1989 sta Brassard in Bennet v IBM-ovem raziskovalnem centru ustvarila prvi delujoči kvantni kriptografski sistem na svetu.
Kaj pomeni kvantna optikakriptografski sistem (KOKS)
Glavne tehnične značilnosti COKS (stopnja napak, hitrost prenosa podatkov itd.) so določene s parametri elementov, ki tvorijo kanale, ki tvorijo, prenašajo in merijo kvantna stanja. COKS je običajno sestavljen iz sprejemnih in oddajnih delov, ki so povezani s prenosnim kanalom.
Viri sevanja so razdeljeni v 3 razrede:
- laserji;
- mikrolaserji;
- svetleče diode.
Za prenos optičnih signalov se kot medij uporabljajo optične LED diode, združene v kable različnih izvedb.
Narava kvantne komunikacijske tajnosti
Od signalov, pri katerih so posredovane informacije kodirane z impulzi z več tisoč fotoni, do signalov, pri katerih je v povprečju manj kot en na impulz, pridejo v poštev kvantni zakoni. Uporaba teh zakonov s klasično kriptografijo dosega tajnost.
Heisenbergovo načelo negotovosti se uporablja v kvantnih kriptografskih napravah in zahvaljujoč njemu se vsi poskusi spreminjanja kvantnega sistema spremenijo v njega, tvorbo, ki je posledica takšne meritve, pa prejemnik določi kot napačen.
Ali je kvantna kriptografija 100 % zaščitena pred vdori?
Teoretično da, vendar tehnične rešitve niso povsem zanesljive. Napadalci so začeli uporabljati laserski žarek, s katerim zaslepijo kvantne detektorje, nakar se prenehajo odzivati nakvantne lastnosti fotonov. Včasih se uporabljajo večfotonski viri in hekerji lahko enega od njih preskočijo in izmerijo enake.
