量子通信领域的突破
在现代信息网络中,数据以光脉冲的形式通过光纤传输:如果有闪光灯,则一个,如果不是,则为零。 但是这种信息传输是不安全的,因为使用特殊技术可以很容易地“窥视”这些闪烁,而接收者和发送者都不会意识到该消息被截获。
在量子通信的情况下,光子以特定的组传输,并且以特殊方式记录零和单位。 如果有人想截取这封信,他可能会这样做,但首先,这不会被忽视,其次,他不太可能阅读这条消息。
这种算法首次由美国物理学家Charles Bennett和加拿大密码学家Gilles Brassard在1984年发明。 五年后,该算法在实验室中实施 - 密码子通过空气在30厘米的距离传播。 但是,就工业用途而言,第一种解决方案仅出现在2002-2004中。 但到目前为止,它们是一种非常昂贵的乐趣,其成本估计为数十万美元。 不可能在物理上窃听量子通信信道,因为这与量子力学定律相反。
同时,由于量子信道在网络节点中被违反,因此将量子信道集成到单个网络中存在一个大问题。 目前,欧盟已着手实施一个名为SECOQC的雄心勃勃的全球量子网络项目,但其中的密码子将被转换为比特并通过可信网络节点传输。 虽然量子通信只能在两个物体之间使用,但它们之间的距离不应超过200千米,因为长距离单光子根本无法到达。 此外,距离越大,数据传输速率越慢,达到每秒几百位。
使用量子通信的所有现有安装仅限于加密密钥的传输,因此量子通信通常被称为“量子加密”。 在对象接收到必要的密钥后,它们会对信息进行加密并通过网络进行传输。 但与此同时,加密密钥应该经常更改,因为连接速度仍然很慢。
问题出现了:如果量子通信存在很多问题,为什么不使用开放式PGP类加密程序而不使用量子? 答案很简单:事实是,尽管公钥系统具有各种便利,但没有人能保证其可靠性。 同时,在封闭的程序中,有些甚至在理论上都无法破解,但是所有各方都需要提前提供必要的密钥,而这个问题在现代计算机系统中几乎是不可能解决的。 但它可以在量子通信的帮助下解决:物理学家帮助确保没有人截获密钥,物理学帮助,并且用它加密的数据的不可用性是数学。
与此同时,值得一提的是,“无条件安全”的概念并不完全正确。 是的,强大的计算机技术无法获取机密信息,但还有其他方法,例如,数据泄漏的侧通道,技术错误或“特洛伊木马攻击”。
物理学家的热情传递给了工业家,商人和政府机构。 尚未真正销售第一批量子黑匣子的年轻公司为进一步研究提供了数百万美元的资金。 非常严肃的是,量子通信的思想开始在公众意识中发展。 这方面的第一个是瑞士人,他们在今年的2007议会选举中证明了量子通信的好处。 虽然这确实是一个小小的好处,但公关结果证明是伟大的,因为瑞士人民对选举过程负有非常责任。 因此,点票的正确性对他们来说很重要。 量子通信与选举结果保护的联系是一个经过深思熟虑的广告举措,它不仅引起了量子通信的关注,也引起了瑞士科学发展的关注。
量子通信的发展仍然非常密集。 据报道,今年5月,中国物理学家设法通过露天将光子传输到97公里的记录距离。 使用功率等于1,3瓦的激光进行纠缠光子的转移。 实验在湖面上进行,位于海拔千米以上的海拔4处。 在如此大的距离上传输光子的过程中的主要问题与光束展宽有关,因此科学家使用了额外的引导激光器,其中接收器和发射器被调整。 此外,光子的丢失不仅是因为光束变宽,而且还因为光学系统的缺陷和空气的湍流。
无论如何,在4小时实验期间,我们设法将97纠缠光子转移到1100公里的距离。 但是,据科学家们说,光子的损失是微不足道的,因此可以假设在不久的将来,可以在通信卫星和地面站之间进行量子通信。
请注意,科学家之前已经对纠缠光子的传输进行了研究,但传输距离并不长 - 大约一公里。 其原因是粒子与传播介质的相互作用,结果是量子特性的损失。 如您所见,空中传输证明效率更高。
在中国实验几天后,有资料显示,欧洲科学家设法打破了中国科学家的记录,将纠缠光子转移到相当于143公里的距离。 据其作者称,该实验持续了一年多。 原因 - 天气恶劣。 众所周知,这些实验是在特内里费岛和拉帕尔马岛之间的大西洋进行的。 与以前的研究一样,信息传递是在两个渠道进行的 - 通常和量子。
现在越来越明显的是,中国物理学家的成就被证明更为成功。 科学家们第一次设法在基地地面站和飞机在相当高的高度飞行之间使用量子连接。
乘坐飞机在228公里高度飞行的Do20飞机以每小时300公里的速度飞行,有一个接收器和一个光子源(红外激光器)。 基站使用光学系统,其结构是具有高精度驱动器的镜子系统,以确定飞行器的方向和位置。 在准确确定了飞机的所有坐标以及接收机的光学系统之后,台站设备可以确定光子的偏振并使用该信息来破译量子数据。
沟通会议持续了大约10分钟。 但是,并非所有传输的信息都使用量子密码加密。 量子方法仅传输加密密钥,该密钥在通过常规方法传输的一定数量的千字节信息(大约10 Kbytes)之后改变。 使用的密钥传输方法称为量子密钥分配;它使用不同的光子极化来编码单元和零。
还应注意,会话期间的错误频率不超过5百分比,这可以被认为是量子通信领域的巨大成功。
因此,我们可以说科学家已经设法接近创建卫星量子通信系统。 与此同时,假设这种连接的组织需要更少的努力,因为天气条件对地球表面有很大影响,但在垂直方向上它们不应该那么重要。
据专家介绍,如果实验成功完成,量子卫星通信可以用来组织已经拥有这项技术的国家的大使馆之间的安全信息网络。
与此同时,有一定数量的科学家认为,除了能够为传输的信息提供强有力的保护之外,量子通信还无法解决许多其他同样重要的问题。 因此,根据鲁汶天主教大学教授巴特·普雷内尔的说法,存在以下问题。 首先,使用量子连接的发送方必须确保在另一端有一个非常特定的接收方。 因此,有必要向双方提供密码。 但是,如果有可能是小型,精心设计和有组织的节点,那么量子通信就不能用于大规模使用。 其次,量子密码学使得签署文档成为不可能。 第三,量子密码学不能保证已经存储的信息的保护。 实际上,在现代信息系统中,主要的不是保护传输的信息,而是保护存储该信息的终端节点。
因此,从商业用途的角度来看,量子加密技术在一段时间内是不可行的。
使用的材料:
http://www.dailytechinfo.org/infotech/4016-vpervye-realizovana-kvantovaya-svyaz-mezhdu-letyaschim-samoletom-i-nazemnoy-stanciey.html
http://cybersecurity.ru/it/159210.html/
http://rus.ruvr.ru/2012_05_21/75468427/
http://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%E2%E0%ED%F2%EE%E2%E0%FF_%E7%E0%EF%F3%F2%E0%ED%ED%EE%F1%F2%FC
信息