Vật lý lượng tử cung cấp một cách hoàn toàn mới để bảo vệ thông tin. Tại sao nó là cần thiết, bây giờ nó không thể đặt một kênh liên lạc an toàn? Tất nhiên bạn có thể. Nhưng máy tính lượng tử đã được tạo ra và thời điểm chúng trở nên phổ biến, các thuật toán mã hóa hiện đại sẽ trở nên vô dụng, vì những máy tính mạnh mẽ này sẽ có thể bẻ khóa chúng trong tích tắc. Giao tiếp lượng tử cho phép bạn mã hóa thông tin bằng cách sử dụng các photon - các hạt cơ bản.
Những máy tính như vậy, có quyền truy cập vào kênh lượng tử, bằng cách này hay cách khác sẽ thay đổi trạng thái thực của các photon. Và cố gắng lấy thông tin sẽ làm hỏng nó. Tất nhiên, tốc độ truyền thông tin sẽ thấp hơn so với các kênh hiện có khác, ví dụ như liên lạc qua điện thoại. Nhưng giao tiếp lượng tử cung cấp mức độ bí mật lớn hơn nhiều. Tất nhiên, đây là một điểm cộng rất lớn. Đặc biệt là trong thế giới ngày nay, nơi tội phạm mạng đang gia tăng hàng ngày.
Giao tiếp lượng tử cho hình nộm
Một khi bức thư chim bồ câu được thay thế bởi điện báo, đến lượt nó, điện báo được thay thế bởi đài phát thanh. Tất nhiên, ngày nay nó không hề biến mất mà những công nghệ hiện đại khác đã xuất hiện. Chỉ mười năm trước, Internet chưa phổ biến như ngày nay và việc truy cập vào nó khá khó khăn - bạn phải đến các câu lạc bộ Internet, mua thẻ rất đắt tiền, v.v. Ngày nay, chúng ta không sống giờ không có Internet và chúng tôi mong chờ 5G.
Nhưng tiêu chuẩn giao tiếp mới tiếp theo sẽ không giải quyết được các vấn đề đang gặp phải như tổ chức trao đổi dữ liệu sử dụng Internet, nhận dữ liệu từ vệ tinh từ các khu định cư trên hành tinh khác, v.v. Tất cả dữ liệu này phải được bảo vệ an toàn. Và điều này có thể được sắp xếp bằng cách sử dụng cái gọi là rối lượng tử.
Liên kết lượng tử là gì? Đối với "hình nộm" hiện tượng này được giải thích là sự kết nối của các đặc điểm lượng tử khác nhau. Nó được bảo toàn ngay cả khi các hạt cách xa nhau một khoảng lớn. Được mã hóa và truyền bằng cách sử dụng rối lượng tử, khóa sẽ không cung cấp bất kỳ thông tin có giá trị nào cho những kẻ bẻ khóa cố gắng đánh chặn nó. Tất cả những gì họ nhận được là những con số khác, vì trạng thái của hệ thống, với sự can thiệp từ bên ngoài, sẽ bị thay đổi.
Nhưng không thể tạo ra một hệ thống truyền dữ liệu trên toàn thế giới, vì sau vài chục km tín hiệu mờ dần. Vệ tinh, được phóng vào năm 2016, sẽ giúp thực hiện kế hoạch chuyển khóa lượng tử trên khoảng cách hơn 7.000 km.
Nỗ lực thành công đầu tiên để sử dụng kết nối mới
Giao thức mật mã lượng tử đầu tiên được tạo ra vào năm 1984d. Ngày nay, công nghệ này được sử dụng thành công trong lĩnh vực ngân hàng. Các công ty nổi tiếng cung cấp hệ thống mật mã mà họ đã tạo ra.
Đường truyền lượng tử được thực hiện trên cáp quang tiêu chuẩn. Tại Nga, kênh bảo mật đầu tiên đã được đặt giữa các chi nhánh của Gazprombank ở Novye Cheryomushki và trên Korovy Val. Tổng chiều dài là 30,6 km, lỗi xảy ra trong quá trình truyền khóa, nhưng tỷ lệ phần trăm của chúng là tối thiểu - chỉ 5%.
Trung Quốc phóng vệ tinh liên lạc lượng tử
Vệ tinh như vậy đầu tiên trên thế giới được phóng ở Trung Quốc. Tên lửa Long March-2D được phóng vào ngày 16 tháng 8 năm 2016 từ bãi phóng Jiu Quan. Một vệ tinh nặng 600 kg sẽ bay trong 2 năm trên quỹ đạo đồng bộ với mặt trời, độ cao 310 dặm (hoặc 500 km) trong khuôn khổ chương trình "Thí nghiệm lượng tử trên quy mô vũ trụ". Khoảng thời gian quay vòng quanh Trái đất của thiết bị là một giờ rưỡi.
Vệ tinh liên lạc lượng tử được gọi là Micius, hay "Mo-Tzu", theo tên một nhà triết học sống vào thế kỷ thứ 5 sau Công Nguyên. và, như người ta thường tin, là người đầu tiên tiến hành các thí nghiệm quang học. Các nhà khoa học sẽ nghiên cứu cơ chế của sự vướng víu lượng tử và tiến hành dịch chuyển lượng tử giữa một vệ tinh và một phòng thí nghiệm ở Tây Tạng.
Sau đó truyền trạng thái lượng tử của hạt đến một khoảng cách nhất định. Để thực hiện quá trình này, cần một cặp hạt vướng víu (hay nói cách khác là liên kết) nằm cách xa nhau. Theo vật lý lượng tử, họ có thể nắm bắt thông tin về trạng thái của đối tác, ngay cả khi họ ở xa nhau. Đó là, bạn có thể cung cấptác động lên một hạt ở trong không gian sâu, ảnh hưởng đến đối tác của nó, người ở gần, trong phòng thí nghiệm.
Vệ tinh sẽ tạo ra hai photon vướng víu và gửi chúng về Trái đất. Nếu trải nghiệm thành công, nó sẽ đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới. Hàng chục vệ tinh như vậy không chỉ có thể cung cấp sự phổ biến của internet lượng tử mà còn cả liên lạc lượng tử trong không gian cho các khu định cư trong tương lai trên Sao Hỏa và Mặt Trăng.
Tại sao chúng ta cần những vệ tinh như vậy
Nhưng tại sao thậm chí cần một vệ tinh liên lạc lượng tử? Không phải các vệ tinh thông thường đã tồn tại đủ sao? Thực tế là những vệ tinh này sẽ không thay thế những vệ tinh thông thường. Nguyên tắc của giao tiếp lượng tử là mã hóa và bảo vệ các kênh truyền dữ liệu thông thường hiện có. Ví dụ, với sự trợ giúp của nó, an ninh đã được cung cấp trong cuộc bầu cử quốc hội năm 2007 ở Thụy Sĩ.
Viện Tưởng niệm Battelle, một tổ chức nghiên cứu phi lợi nhuận, trao đổi thông tin giữa các chương ở Mỹ (Ohio) và Ireland (Dublin) bằng cách sử dụng rối lượng tử. Nguyên tắc của nó dựa trên hoạt động của các photon - các hạt cơ bản của ánh sáng. Với sự giúp đỡ của họ, thông tin được mã hóa và gửi đến người nhận. Về mặt lý thuyết, ngay cả nỗ lực can thiệp cẩn thận nhất cũng sẽ để lại dấu vết. Khóa lượng tử sẽ thay đổi ngay lập tức và một hacker cố gắng sẽ kết thúc bằng một bộ ký tự vô nghĩa. Do đó, tất cả dữ liệu sẽ được truyền qua các kênh liên lạc này không thể bị chặn hoặc sao chép.
Vệ tinhsẽ giúp các nhà khoa học kiểm tra sự phân bố chính giữa các trạm mặt đất và chính vệ tinh.
Truyền thông lượng tử ở Trung Quốc sẽ được thực hiện nhờ các tuyến cáp quang với tổng chiều dài 2 nghìn km và hợp nhất 4 thành phố từ Thượng Hải đến Bắc Kinh. Chuỗi photon không thể được truyền vô thời hạn và khoảng cách giữa các trạm càng lớn thì khả năng thông tin bị hỏng càng lớn.
Sau một khoảng cách nhất định, tín hiệu mờ dần và các nhà khoa học cần có cách cập nhật tín hiệu sau mỗi 100 km để duy trì việc truyền thông tin chính xác. Trong cáp, điều này đạt được thông qua các nút đã được chứng minh, nơi khóa được phân tích, sao chép bởi các photon mới và tiếp tục.
Một chút lịch sử
Năm 1984, Brassard J. của Đại học Montreal và Bennet C. của IBM đề xuất rằng các photon có thể được sử dụng trong mật mã để có được một kênh cơ bản an toàn. Họ đã đề xuất một sơ đồ đơn giản để phân phối lại lượng tử các khóa mã hóa, được gọi là BB84.
Sơ đồ này sử dụng một kênh lượng tử mà qua đó thông tin được truyền giữa hai người dùng dưới dạng trạng thái lượng tử phân cực. Một tin tặc nghe trộm có thể cố gắng đo các photon này, nhưng anh ta không thể làm điều đó, như đã đề cập ở trên, mà không làm sai lệch chúng. Năm 1989, tại Trung tâm Nghiên cứu IBM, Brassard và Bennet đã tạo ra hệ thống mật mã lượng tử hoạt động đầu tiên trên thế giới.
Quang lượng tử là gìhệ thống mật mã (KOKS)
Các đặc tính kỹ thuật chính của COKS (tỷ lệ lỗi, tốc độ truyền dữ liệu, v.v.) được xác định bởi các tham số của các phần tử tạo kênh hình thành, truyền và đo trạng thái lượng tử. Thông thường COKS bao gồm các bộ phận nhận và truyền, được kết nối với nhau bằng một kênh truyền.
Nguồn bức xạ được chia thành 3 lớp:
- laze;
- microlasers;
- điốt phát quang.
Để truyền tín hiệu quang, đèn LED sợi quang được sử dụng như một phương tiện truyền thông, kết hợp trong các loại cáp có thiết kế khác nhau.
Bản chất của bí mật giao tiếp lượng tử
Đi từ các tín hiệu trong đó thông tin truyền đi được mã hóa bằng các xung với hàng nghìn photon đến các tín hiệu trong đó trung bình có ít hơn một mỗi xung, các định luật lượng tử phát huy tác dụng. Việc sử dụng các luật này với mật mã cổ điển để đạt được sự bí mật.
Nguyên tắc Bất định Heisenberg được sử dụng trong các thiết bị mật mã lượng tử và nhờ nó, bất kỳ nỗ lực nào để thay đổi hệ thống lượng tử đều làm thay đổi nó và sự hình thành từ phép đo như vậy được bên nhận xác định là sai.
Mật mã lượng tử có chống hack 100% không?
Về mặt lý thuyết là có, nhưng các giải pháp kỹ thuật không hoàn toàn đáng tin cậy. Những kẻ tấn công bắt đầu sử dụng một chùm tia laze, chúng làm mù các máy dò lượng tử, sau đó chúng ngừng phản hồitính chất lượng tử của photon. Đôi khi các nguồn nhiều photon được sử dụng và tin tặc có thể bỏ qua một trong số chúng và đo các nguồn giống hệt nhau.
