La fisica quantistica offre un modo completamente nuovo di proteggere le informazioni. Perché è necessario, ora è impossibile creare un canale di comunicazione sicuro? Certo che puoi. Ma i computer quantistici sono già stati creati e nel momento in cui diventeranno onnipresenti, i moderni algoritmi di crittografia saranno inutili, poiché questi potenti computer saranno in grado di decifrarli in una frazione di secondo. La comunicazione quantistica consente di crittografare le informazioni utilizzando fotoni - particelle elementari.
Questi computer, avendo ottenuto l'accesso al canale quantistico, in un modo o nell' altro cambieranno lo stato reale dei fotoni. E cercare di ottenere informazioni lo corromperà. La velocità di trasferimento delle informazioni è, ovviamente, inferiore rispetto ad altri canali attualmente esistenti, ad esempio con le comunicazioni telefoniche. Ma la comunicazione quantistica fornisce un livello di segretezza molto maggiore. Questo, ovviamente, è un grande vantaggio. Soprattutto nel mondo di oggi, dove la criminalità informatica è in aumento ogni giorno.
Comunicazione quantistica per manichini
Una volta che la posta di piccione è stata soppiantata dal telegrafo, a sua volta, il telegrafo è stato soppiantato dalla radio. Certo, oggi non è scomparso, ma sono apparse altre moderne tecnologie. Solo dieci anni fa, Internet non era così diffuso come lo è oggi, ed era abbastanza difficile accedervi: dovevi andare nei club di Internet, comprare carte molto costose, ecc. Oggi non viviamo un ora senza Internet e non vediamo l'ora che arrivi il 5G.
Ma il prossimo nuovo standard di comunicazione non risolverà i problemi che ora si trovano ad affrontare l'organizzazione dello scambio di dati tramite Internet, la ricezione di dati da satelliti da insediamenti su altri pianeti, ecc. Tutti questi dati devono essere protetti in modo sicuro. E questo può essere organizzato usando il cosiddetto entanglement quantistico.
Cos'è un legame quantistico? Per i "manichini" questo fenomeno è spiegato come una connessione di diverse caratteristiche quantistiche. Si conserva anche quando le particelle sono separate l'una dall' altra da una grande distanza. Crittografata e trasmessa utilizzando l'entanglement quantistico, la chiave non fornirà alcuna informazione preziosa ai cracker che tenteranno di intercettarla. Otterranno solo altri numeri, poiché lo stato del sistema, con l'intervento esterno, verrà modificato.
Ma non è stato possibile creare un sistema di trasmissione dati mondiale, perché dopo poche decine di chilometri il segnale è sbiadito. Il satellite, lanciato nel 2016, aiuterà a implementare uno schema di trasferimento di chiavi quantistiche su distanze superiori a 7.000 km.
Primo tentativo riuscito di utilizzare la nuova connessione
Il primo protocollo di crittografia quantistica è stato ottenuto nel 1984d. Oggi questa tecnologia è utilizzata con successo nel settore bancario. Aziende famose offrono i sistemi crittografici che hanno creato.
La linea di comunicazione quantistica viene eseguita su un cavo in fibra ottica standard. In Russia, il primo canale sicuro è stato posato tra le filiali della Gazprombank a Novye Cheryomushki ea Korovy Val. La lunghezza totale è di 30,6 km, si verificano errori durante la trasmissione delle chiavi, ma la loro percentuale è minima - solo il 5%.
La Cina lancia il satellite per comunicazioni quantistiche
Il primo satellite al mondo di questo tipo è stato lanciato in Cina. Il razzo Long March-2D è stato lanciato il 16 agosto 2016 dal sito di lancio di Jiu Quan. Un satellite del peso di 600 kg volerà per 2 anni in un'orbita sincrona con il sole, alta 310 miglia (o 500 km) nell'ambito del programma "Esperimenti quantistici su scala cosmica". Il periodo di rivoluzione del dispositivo attorno alla Terra è di un'ora e mezza.
Il satellite per comunicazioni quantistiche si chiama Micius, o "Mo-Tzu", dal nome di un filosofo vissuto nel V secolo d. C. e, come si crede comunemente, il primo a condurre esperimenti ottici. Gli scienziati studieranno il meccanismo dell'entanglement quantistico e condurranno il teletrasporto quantistico tra un satellite e un laboratorio in Tibet.
Quest'ultimo trasmette lo stato quantistico della particella a una data distanza. Per implementare questo processo, è necessaria una coppia di particelle entangled (in altre parole, collegate) poste a una distanza l'una dall' altra. Secondo la fisica quantistica, sono in grado di acquisire informazioni sullo stato di un partner, anche quando sono lontani l'uno dall' altro. Cioè, puoi fornireimpatto su una particella che si trova nello spazio profondo, colpendo il suo partner, che si trova nelle vicinanze, in laboratorio.
Il satellite creerà due fotoni entangled e li invierà sulla Terra. Se l'esperienza avrà successo, segnerà l'inizio di una nuova era. Decine di tali satelliti potrebbero non solo fornire l'ubiquità dell'Internet quantistica, ma anche comunicazioni quantistiche nello spazio per futuri insediamenti su Marte e sulla Luna.
Perché abbiamo bisogno di tali satelliti
Ma perché mai bisogno di un satellite per comunicazioni quantistiche? I satelliti convenzionali già esistenti non sono sufficienti? Il fatto è che questi satelliti non sostituiranno i soliti. Il principio della comunicazione quantistica consiste nel codificare e proteggere i canali di trasmissione dati convenzionali esistenti. Con il suo aiuto, ad esempio, è stata fornita sicurezza già durante le elezioni parlamentari del 2007 in Svizzera.
Il Battelle Memorial Institute, un'organizzazione di ricerca senza scopo di lucro, scambia informazioni tra i capitoli negli Stati Uniti (Ohio) e in Irlanda (Dublino) utilizzando l'entanglement quantistico. Il suo principio si basa sul comportamento dei fotoni - particelle elementari di luce. Con il loro aiuto, le informazioni vengono codificate e inviate al destinatario. In teoria, anche il più attento tentativo di interferenza lascerà il segno. La chiave quantistica cambierà immediatamente e un tentativo di hacker finirà con un set di caratteri privo di significato. Pertanto, tutti i dati che verranno trasmessi attraverso questi canali di comunicazione non possono essere intercettati o copiati.
Satelliteaiuterà gli scienziati a testare la distribuzione delle chiavi tra le stazioni di terra e il satellite stesso.
La comunicazione quantistica in Cina sarà implementata grazie a cavi in fibra ottica con una lunghezza totale di 2mila km che uniranno 4 città da Shanghai a Pechino. Le serie di fotoni non possono essere trasmesse indefinitamente e maggiore è la distanza tra le stazioni, maggiore è la possibilità che le informazioni vengano corrotte.
Dopo una certa distanza, il segnale svanisce e gli scienziati hanno bisogno di un modo per aggiornare il segnale ogni 100 km al fine di mantenere la corretta trasmissione delle informazioni. Nei cavi, ciò si ottiene attraverso nodi collaudati, in cui la chiave viene analizzata, copiata da nuovi fotoni e prosegue.
Un po' di storia
Nel 1984, Brassard J. dell'Università di Montreal e Bennet C. di IBM hanno suggerito che i fotoni potrebbero essere utilizzati in crittografia per ottenere un canale fondamentale sicuro. Hanno proposto un semplice schema per la ridistribuzione quantistica delle chiavi di crittografia, chiamato BB84.
Questo schema utilizza un canale quantistico attraverso il quale le informazioni vengono trasmesse tra due utenti sotto forma di stati quantistici polarizzati. Un hacker intercettato potrebbe provare a misurare questi fotoni, ma non può farlo, come accennato in precedenza, senza distorcerli. Nel 1989, presso l'IBM Research Center, Brassard e Bennet hanno creato il primo sistema crittografico quantistico funzionante al mondo.
Cosa fa un'ottica quantisticasistema crittografico (KOKS)
Le principali caratteristiche tecniche dei COKS (tasso di errore, velocità di trasferimento dati, ecc.) sono determinate dai parametri degli elementi che formano il canale che formano, trasmettono e misurano gli stati quantistici. Solitamente COKS consiste in parti di ricezione e trasmissione, che sono collegate da un canale di trasmissione.
Le sorgenti di radiazioni sono divise in 3 classi:
- laser;
- microlaser;
- diodi emettitori di luce.
Per la trasmissione di segnali ottici, i LED in fibra ottica vengono utilizzati come mezzo, combinati in cavi di vari modelli.
La natura della segretezza della comunicazione quantistica
Passando da segnali in cui le informazioni trasmesse sono codificate da impulsi con migliaia di fotoni a segnali in cui, in media, ce ne sono meno di uno per impulso, entrano in gioco le leggi quantistiche. È l'uso di queste leggi con la crittografia classica che raggiunge la segretezza.
Il principio di indeterminazione di Heisenberg è utilizzato nei dispositivi crittografici quantistici e grazie ad esso, qualsiasi tentativo di modificare il sistema quantistico apporta modifiche ad esso e la formazione risultante da tale misurazione è determinata dalla parte ricevente come falsa.
La crittografia quantistica è a prova di hacker al 100%?
Teoricamente sì, ma le soluzioni tecniche non sono del tutto affidabili. Gli aggressori hanno iniziato a utilizzare un raggio laser, con il quale accecano i rilevatori quantistici, dopodiché smettono di rispondereproprietà quantistiche dei fotoni. A volte vengono utilizzate sorgenti multi-fotone e gli hacker potrebbero essere in grado di s altarne una e misurare quelle identiche.
