კვანტური ფიზიკა გთავაზობთ სრულიად ახალ გზას ინფორმაციის დასაცავად. რატომ არის საჭირო, ახლა ხომ შეუძლებელია უსაფრთხო საკომუნიკაციო არხის დაყენება? Რა თქმა უნდა შეგიძლიათ. მაგრამ კვანტური კომპიუტერები უკვე შექმნილია და იმ მომენტში, როდესაც ისინი გახდებიან ყველგან, თანამედროვე დაშიფვრის ალგორითმები გამოუსადეგარი იქნება, რადგან ეს მძლავრი კომპიუტერები შეძლებენ მათ გატეხვას წამის მეასედში. კვანტური კომუნიკაცია საშუალებას გაძლევთ დაშიფროთ ინფორმაცია ფოტონების - ელემენტარული ნაწილაკების გამოყენებით.
ასეთი კომპიუტერები, რომლებმაც მიიღეს წვდომა კვანტურ არხზე, ამა თუ იმ გზით შეცვლის ფოტონების რეალურ მდგომარეობას. და ინფორმაციის მოპოვების მცდელობა გააფუჭებს მას. ინფორმაციის გადაცემის სიჩქარე, რა თქმა უნდა, უფრო დაბალია, ვიდრე სხვა ამჟამად არსებული არხებით, მაგალითად, სატელეფონო კომუნიკაციებით. მაგრამ კვანტური კომუნიკაცია საიდუმლოების გაცილებით დიდ დონეს იძლევა. ეს, რა თქმა უნდა, ძალიან დიდი პლუსია. განსაკუთრებით დღევანდელ მსოფლიოში, სადაც კიბერდანაშაული ყოველდღიურად იზრდება.
კვანტური კომუნიკაცია დუმებისთვის
როდესაც მტრედის ფოსტა ჩაანაცვლა ტელეგრაფმა, თავის მხრივ, ტელეგრაფი ჩაანაცვლა რადიომ.რა თქმა უნდა, დღეს ის არ გამქრალა, მაგრამ გამოჩნდა სხვა თანამედროვე ტექნოლოგიები. სულ რაღაც ათი წლის წინ ინტერნეტი არ იყო ისეთი გავრცელებული, როგორიც დღეს არის და საკმაოდ რთული იყო მასზე წვდომა - უნდა წახვიდე ინტერნეტ კლუბებში, იყიდო ძალიან ძვირი ბარათები და ა.შ. დღეს ჩვენ არ ვცხოვრობთ. საათი ინტერნეტის გარეშე და ჩვენ მოუთმენლად ველით 5G-ს.
მაგრამ შემდეგი ახალი კომუნიკაციის სტანდარტი არ გადაჭრის პრობლემებს, რომლებიც ახლა აწყდება ინტერნეტის გამოყენებით მონაცემთა გაცვლის ორგანიზაციას, თანამგზავრებიდან მონაცემების მიღებას სხვა პლანეტების დასახლებებიდან და ა.შ. ყველა ეს მონაცემი უსაფრთხოდ უნდა იყოს დაცული. და ეს შეიძლება ორგანიზებული იყოს ეგრეთ წოდებული კვანტური ჩახლართულების გამოყენებით.
რა არის კვანტური ბმა? „დუმელებისთვის“ეს ფენომენი აიხსნება, როგორც სხვადასხვა კვანტური მახასიათებლების კავშირი. ის შენარჩუნებულია მაშინაც კი, როცა ნაწილაკები ერთმანეთისგან დიდი მანძილით არის დაშორებული. დაშიფრული და გადაცემული კვანტური ჩახლართულობის გამოყენებით, გასაღები არ მიაწვდის რაიმე ღირებულ ინფორმაციას კრეკერებს, რომლებიც ცდილობენ მის ჩარევას. მხოლოდ ისინი მიიღებენ სხვა რიცხვებს, რადგან სისტემის მდგომარეობა, გარე ჩარევით, შეიცვლება.
მაგრამ შეუძლებელი გახდა მონაცემთა გადაცემის მსოფლიო სისტემის შექმნა, რადგან რამდენიმე ათეული კილომეტრის შემდეგ სიგნალი გაქრა. 2016 წელს გაშვებული თანამგზავრი დაეხმარება კვანტური გასაღების გადაცემის სქემის განხორციელებას 7000 კმ-ზე მეტ მანძილზე.
პირველი წარმატებული მცდელობა გამოიყენოს ახალი კავშირი
პირველი კვანტური კრიპტოგრაფიის პროტოკოლი მიღებული იქნა 1984 წელსდ) დღეს ეს ტექნოლოგია წარმატებით გამოიყენება საბანკო სექტორში. ცნობილი კომპანიები გვთავაზობენ მათ მიერ შექმნილ კრიპტოსისტემებს.
კვანტური საკომუნიკაციო ხაზი ხორციელდება სტანდარტულ ოპტიკურ კაბელზე. რუსეთში, პირველი უსაფრთხო არხი დაიდო გაზპრომბანკის ფილიალებს შორის ნოვიე ჩერიომუშკში და კოროვ ვალზე. საერთო სიგრძე 30,6 კმ, შეცდომები ხდება გასაღების გადაცემის დროს, მაგრამ მათი პროცენტი მინიმალურია - მხოლოდ 5%.
ჩინეთმა კვანტური საკომუნიკაციო თანამგზავრი გაუშვა
მსოფლიოში პირველი ასეთი თანამგზავრი ჩინეთში გაუშვეს. რაკეტა Long March-2D გაშვებული იქნა 2016 წლის 16 აგვისტოს Jiu Quan-ის გაშვების ადგილიდან. 600 კგ წონის თანამგზავრი 2 წლის განმავლობაში იფრინავს მზის სინქრონულ ორბიტაზე, 310 მილის (ან 500 კმ) სიმაღლის პროგრამის „კვანტური ექსპერიმენტები კოსმოსური მასშტაბის“ფარგლებში. მოწყობილობის ბრუნვის პერიოდი დედამიწის გარშემო არის საათნახევარი.
კვანტურ საკომუნიკაციო თანამგზავრს უწოდებენ Micius, ან "Mo-Tzu", ფილოსოფოსის სახელით, რომელიც ცხოვრობდა ჩვენს წელთაღრიცხვამდე V საუკუნეში. და, როგორც საყოველთაოდ სჯეროდა, პირველმა ჩაატარა ოპტიკური ექსპერიმენტები. მეცნიერები აპირებენ შეისწავლონ კვანტური ჩახლართული მექანიზმი და ჩაატარონ კვანტური ტელეპორტაცია თანამგზავრსა და ლაბორატორიას შორის ტიბეტში.
ეს უკანასკნელი გადასცემს ნაწილაკების კვანტურ მდგომარეობას მოცემულ მანძილზე. ამ პროცესის განსახორციელებლად საჭიროა წყვილი ჩახლართული (სხვა სიტყვებით, დაკავშირებული) ნაწილაკები, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან დაშორებით. კვანტური ფიზიკის მიხედვით, მათ შეუძლიათ მიიღონ ინფორმაცია პარტნიორის მდგომარეობის შესახებ, მაშინაც კი, როცა ისინი ერთმანეთისგან შორს არიან. ანუ შეგიძლიათ უზრუნველყოთზემოქმედება ნაწილაკზე, რომელიც მდებარეობს ღრმა სივრცეში, გავლენას ახდენს მის პარტნიორზე, რომელიც ახლოს არის ლაბორატორიაში.
თანამგზავრი შექმნის ორ ჩახლართულ ფოტონს და გაგზავნის მათ დედამიწაზე. თუ გამოცდილება წარმატებულია, ეს ნიშნავს ახალი ეპოქის დასაწყისს. ათეულობით ასეთ თანამგზავრს შეეძლო არა მხოლოდ კვანტური ინტერნეტის ყოვლისმომცველი უზრუნველყოფა, არამედ კოსმოსში კვანტური კომუნიკაციები მარსსა და მთვარეზე მომავალი დასახლებისთვის.
რაში გვჭირდება ასეთი თანამგზავრები
მაგრამ რატომ გვჭირდება კვანტური საკომუნიკაციო თანამგზავრი? ჩვეულებრივი თანამგზავრები უკვე არ არის საკმარისი? ფაქტია, რომ ეს თანამგზავრები არ ჩაანაცვლებენ ჩვეულებრივს. კვანტური კომუნიკაციის პრინციპია არსებული ჩვეულებრივი მონაცემთა გადაცემის არხების კოდირება და დაცვა. მისი დახმარებით, მაგალითად, უსაფრთხოება უკვე უზრუნველყოფილი იყო 2007 წელს შვეიცარიის საპარლამენტო არჩევნების დროს..
Battelle Memorial Institute, არაკომერციული კვლევითი ორგანიზაცია, ცვლის ინფორმაციას აშშ-ში (ოჰაიო) და ირლანდიაში (დუბლინი) თავებს შორის კვანტური ჩახლართულობის გამოყენებით. მისი პრინციპი ემყარება ფოტონების - სინათლის ელემენტარული ნაწილაკების ქცევას. მათი დახმარებით ხდება ინფორმაციის კოდირება და ადრესატამდე გაგზავნა. თეორიულად, ჩარევის ყველაზე ფრთხილი მცდელობაც კი კვალს დატოვებს. კვანტური გასაღები მაშინვე შეიცვლება და მცდელობა ჰაკერს ექნება უაზრო სიმბოლოების ნაკრები. ამიტომ, ყველა მონაცემი, რომელიც გადაიცემა ამ საკომუნიკაციო არხებით, არ შეიძლება ჩაითვალოს ან დაკოპირდეს.
სატელიტიდაეხმარება მეცნიერებს შეამოწმონ გასაღების განაწილება სახმელეთო სადგურებსა და თავად თანამგზავრს შორის.
კვანტური კომუნიკაცია ჩინეთში განხორციელდება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კაბელების წყალობით, რომელთა საერთო სიგრძე 2 ათასი კილომეტრია და აერთიანებს 4 ქალაქს შანხაიდან პეკინამდე. ფოტონების სერია განუსაზღვრელი ვადით არ გადაიცემა და რაც უფრო დიდია მანძილი სადგურებს შორის, მით მეტია ინფორმაციის დაზიანების შანსი.
გარკვეული მანძილის შემდეგ სიგნალი ქრება და მეცნიერებს სჭირდებათ საშუალება განაახლონ სიგნალი ყოველ 100 კილომეტრში, რათა შეინარჩუნონ ინფორმაციის სწორი გადაცემა. კაბელებში ეს მიიღწევა დადასტურებული კვანძების მეშვეობით, სადაც გასაღები ანალიზდება, კოპირდება ახალი ფოტონებით და გადადის.
ცოტა ისტორია
1984 წელს, მონრეალის უნივერსიტეტის ბრასარდ ჯ.-მ და IBM-ის ბენეტ C.-მ გამოთქვეს ვარაუდი, რომ ფოტონები შეიძლება გამოყენებულ იქნას კრიპტოგრაფიაში უსაფრთხო ფუნდამენტური არხის მისაღებად. მათ შემოგვთავაზეს დაშიფვრის გასაღებების კვანტური გადანაწილების მარტივი სქემა, რომელსაც ეწოდა BB84.
ეს სქემა იყენებს კვანტურ არხს, რომლის მეშვეობითაც ინფორმაცია გადაეცემა ორ მომხმარებელს შორის პოლარიზებული კვანტური მდგომარეობის სახით. მოსმენილი ჰაკერი შესაძლოა ცდილობდეს ამ ფოტონების გაზომვას, მაგრამ მას არ შეუძლია ამის გაკეთება, როგორც ზემოთ აღინიშნა, მათი დამახინჯების გარეშე. 1989 წელს, IBM კვლევის ცენტრში, ბრასარდმა და ბენეტმა შექმნეს მსოფლიოში პირველი მოქმედი კვანტური კრიპტოგრაფიული სისტემა.
რას ნიშნავს კვანტურ-ოპტიკურიკრიპტოგრაფიული სისტემა (KOKS)
COKS-ის ძირითადი ტექნიკური მახასიათებლები (შეცდომის სიჩქარე, მონაცემთა გადაცემის სიჩქარე და ა.შ.) განისაზღვრება არხის ფორმირების ელემენტების პარამეტრებით, რომლებიც ქმნიან, გადასცემენ და ზომავენ კვანტურ მდგომარეობებს. ჩვეულებრივ COKS შედგება მიმღები და გადამცემი ნაწილებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია გადამცემი არხით.
რადიაციული წყაროები იყოფა 3 კლასად:
- ლაზერები;
- მიკროლაზერები;
- შუქის დიოდები.
ოპტიკური სიგნალების გადასაცემად, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი LED-ები გამოიყენება როგორც საშუალო, გაერთიანებული სხვადასხვა დიზაინის კაბელებში.
კვანტური კომუნიკაციის საიდუმლოების ბუნება
გადავდივართ სიგნალებიდან, რომლებშიც გადაცემული ინფორმაცია დაშიფრულია იმპულსებით ათასობით ფოტონით, სიგნალებამდე, რომლებშიც საშუალოდ ერთ პულსზე ნაკლებია, კვანტური კანონები მოქმედებს. სწორედ ამ კანონების გამოყენება კლასიკური კრიპტოგრაფიით უზრუნველყოფს საიდუმლოებას.
ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპი გამოიყენება კვანტურ კრიპტოგრაფიულ მოწყობილობებში და მისი წყალობით, კვანტური სისტემის შეცვლის ნებისმიერი მცდელობა მასში ცვლის ცვლილებებს და ასეთი გაზომვის შედეგად წარმოქმნას მიმღები მხარე ადგენს, როგორც ცრუ.
არის კვანტური კრიპტოგრაფია 100% ჰაკ-გამძლე?
თეორიულად დიახ, მაგრამ ტექნიკური გადაწყვეტილებები არ არის მთლად სანდო. თავდამსხმელებმა დაიწყეს ლაზერის სხივის გამოყენება, რომლითაც ბრმავენ კვანტურ დეტექტორებს, რის შემდეგაც ისინი წყვეტენ რეაგირებას.ფოტონების კვანტური თვისებები. ზოგჯერ გამოიყენება მრავალფოტონიანი წყაროები და ჰაკერებს შეუძლიათ გამოტოვონ ერთი მათგანი და გაზომონ იდენტური წყაროები.
