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量子通信领域的突破

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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
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9 评论
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  1. vylvyn
    vylvyn 27九月2012 08:57
    0
    因此我从这篇文章中不了解量子通信相对于其他的优势是什么? 期望在高空进行传输,在高空中,空气被排出并且对光子的影响较小。 另外,您需要一堆高精度的反射镜,其朝向接收器的方向几乎是狙击手,再加上5%的信息丢失,再加上天气影响很大,还有其他一些问题。 现在谈论恕我直言的突破还为时过早。 到目前为止,仅是反复试验的阶段。
    1. 提尔皮茨
      提尔皮茨 27九月2012 09:51
      +1
      主要工作正在进行中。 因此,中国人已经开始积极工作,其结果肯定是。
    2. golikov
      golikov 27九月2012 19:06
      -1
      关于中国人和欧洲人-这些只是交流选择。
      作者试图弄清原理上的量子通信(基于众所周知的物理定律和组织措施的实施)不能被拦截,并且其他国家也正在努力开发非电磁通信的方法。
      我希望这也发生在这里。
      1. 曼巴
        曼巴 28九月2012 10:30
        +1
        引用:golikov
        在其他州,正在进行开发非电磁耦合方法和技术的工作。 我希望这也发生在这里。

        93年,萨拉托夫科学与生产协会“注射”为主要FOCL开发了一种激光,波长为1,3微米。 圣彼得堡研究院的“远距离通讯”已经开发出用于跨大陆通讯线路的所有电子设备。 哈尔科夫和圣彼得堡准备了光缆,但是该国的灾难和领导层的混乱掩盖了所有这一切,并为西方和东方竞争对手开辟了道路。
    3. carbofo
      carbofo 28九月2012 02:26
      0
      vylvyn,
      主要优点是无法拦截数据。 或至少不可能无意识地截取数据。
      总的来说,这个话题是古老的,我至少在五年前就读过。
  2. borisst64
    borisst64 27九月2012 11:23
    0
    如果问题是信息的保密性,则说明加密方法尚未取消。
  3. 我想是的
    我想是的 28九月2012 00:29
    0
    另一个空白的参考资料。 美国人在无用的研究上花了很多钱,目的是徒劳的,现在他们想迫使其他人通过信息攻击来花费同样的努力。 此类文章的作者中没有人问过这个问题-如果信息被敌人拦截,那又有什么问题呢? 使用现代加密方法,为了解密消息,将有必要使用地球上所有(!)现代计算机的所有欺诈手段,并且它们应该工作了数千年。 所有。 隐藏加密邮件的目的是什么? 没有丝毫的感觉! 那么为什么整个g子呢? 让敌人陷入一个虚假的圈子...让他们花钱却浪费时间...
  4. 曼巴
    曼巴 28九月2012 00:39
    +5
    这篇文章是由量子电子领域的一位业余爱好者撰写的,并且在珍珠层上充斥着许多错误和奇特的表述。
    在第一段中,作者写道,当拦截来自光纤的信息时 “接收者和发送者都不会知道邮件已被拦截”。 但是在第二段中,我们读到 “拦截不会被忽视”.
    代替珍珠 “光子在某些组中传输” 最好写出以准连续模式工作的半导体激光器以1,3μm或1,55μm的波长通过光纤传输光脉冲。
    在苏联,第一批量子电子模块出现在80年代。 它们当然可以使用信息编码来与光纤和空气一起工作,但是由于某些原因,作者认为: “关于工业用途,第一个解决方案仅在2002-2004年出现。”
    不可理解的珍珠: “不可能在物理上窃听量子通信通道,因为这与量子力学定律相矛盾”。 这是量子力学?
    珍珠 “量子在网络节点中被破坏”可能意味着在中继信号时可能会导致干扰,从而使信息失真。
    “到目前为止,量子连接只能在两个物体之间使用,它们之间的距离不应超过200公里,因为单个光子根本无法达到长距离。” 显然,作者并不知道光纤通信线(FOCL)已经存在很长时间了,并且自80年代末以来已成为洲际。
    “此外,距离越大,数据传输速率越低,每秒最多数百位”。 在这种情况下,互联网将是不可能的。
    为另一位作家的珍珠欢呼 “困惑»光子: “纠缠光子的传输是使用功率为1,3瓦的激光进行的”。 大概是指具有这种平均功率并具有完美光束聚焦的连续红外激光,它可以通过干净的山间空气传输编码信息。
    作者将光信号由于介质中的散射和吸收而引起的通常衰减称为“科学地” “量子特性的损失”。 也许光量子不再是自己?
    比较正常条件和山区的空中传播范围,作者得出了一个奇怪的结论: “机载传输效率更高”。 然后,在太空中使用激光传输信息将更加有效。
    我还没有听说过使用光子极化对信息进行编码,因为 我已经很久没有从事量子电子学了。 但是,我不认为激光器本身能够以偏振调谐模式工作。 为此,需要其他设备。
    一般来说,物理学的作者是个胖子。 舌 他让我想起了同一位作者,他曾去过一家半导体器件厂,描述了晶闸管的制造技术,称其为恐怖-晶闸管。 在整篇文章中,大约有二十次。 负
  5. 丰满
    丰满 28九月2012 00:59
    +2
    所谓的早在90年代。 通过“分组”通信,Compaction设备压缩信息,并使用ZAS对其进行加密,然后以“部分”或“分组”的形式在1-2秒内在空中飞行。 在接收时,该过程被逆转(了解密钥)。 唯一的麻烦是“包装”的体积小,因此使用蒸汽机车等分批驱动包装。 “回声”。 有点像语音电报,但事实并非如此:沟通无处不在,没有任何激光。 我记得,与无线电中继不同,核爆炸破坏了连接。 然后,在专家的陪同下徒步旅行,他们“带领”异国情调的项目。
  6. gregor6549
    gregor6549 28九月2012 14:58
    0
    不太整齐。 在光波长范围内使用通信已经进行了很长时间,不仅在军事通信系统中,而且在民用通信系统中也是如此。 而且,无线电缆和光纤电缆都被使用。
    例如,在澳大利亚,上帝已经“遗忘”了,现在正在实施一个项目,根据该项目,宽带高速连接将扩展到几乎每个家庭和公司。 (国家宽带网络)光纤电缆将成为此连接的基础。 在难以使用的地方,将使用微波等宽带无线通信线路。 不管有什么频率用于数据传输,必要时,通信的保密性都可以通过完全不同的方法来实现。 那么本文的重点是什么?
    1. golikov
      golikov 3十月2012 19:38
      +1
      我会尽力解释。 有一种现象:如果一个量子完成某事,另一量子也将发生同样的事情。
      那些。 我生成了一个“量子组”,您具有相同的数量(其他人不会拥有它们)-我给了您加密密钥。 然后按照旧方案。 由于我无法生成1 GB的事实。
      是曼巴吗?