توفر فيزياء الكم طريقة جديدة تمامًا لحماية المعلومات. لماذا هناك حاجة ، هل من المستحيل الآن إنشاء قناة اتصال آمنة؟ بالتأكيد تستطيع. ولكن تم إنشاء أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالفعل ، وفي اللحظة التي تصبح فيها في كل مكان ، ستكون خوارزميات التشفير الحديثة عديمة الفائدة ، لأن أجهزة الكمبيوتر القوية هذه ستكون قادرة على كسرها في جزء من الثانية. يسمح لك الاتصال الكمي بتشفير المعلومات باستخدام الفوتونات - الجسيمات الأولية.
مثل هذه الحواسيب ، بعد أن تمكنت من الوصول إلى القناة الكمومية ، بطريقة أو بأخرى ، ستغير الحالة الحقيقية للفوتونات. ومحاولة الحصول على المعلومات سوف تفسدها. سرعة نقل المعلومات ، بالطبع ، أقل من القنوات الأخرى الموجودة حاليًا ، على سبيل المثال ، مع الاتصالات الهاتفية. لكن الاتصال الكمي يوفر مستوى أكبر من السرية. هذه ، بالطبع ، إضافة كبيرة جدًا. خاصة في عالم اليوم حيث الجرائم الإلكترونية آخذة في الارتفاع كل يوم.
التواصل الكمي للدمى
بمجرد أن حل التلغراف محل بريد الحمام ، تم استبدال التلغراف بالراديو.بالطبع ، اليوم لم تختف ، ولكن ظهرت تقنيات حديثة أخرى. قبل عشر سنوات فقط ، لم يكن الإنترنت منتشرًا كما هو اليوم ، وكان من الصعب جدًا الوصول إليه - كان عليك الذهاب إلى نوادي الإنترنت ، وشراء بطاقات باهظة الثمن ، وما إلى ذلك. ساعة بدون انترنت ونتطلع للجيل الخامس
لكن معيار الاتصال الجديد التالي لن يحل المشاكل التي تواجه الآن تنظيم تبادل البيانات باستخدام الإنترنت ، وتلقي البيانات من الأقمار الصناعية من المستوطنات على الكواكب الأخرى ، إلخ. يجب حماية جميع هذه البيانات بشكل آمن. ويمكن تنظيم ذلك باستخدام ما يسمى بالتشابك الكمومي.
ما هي الرابطة الكمومية؟ بالنسبة إلى "الدمى" ، تُفسَّر هذه الظاهرة على أنها ارتباط بخصائص كمومية مختلفة. يتم الحفاظ عليها حتى عندما تكون الجسيمات منفصلة عن بعضها البعض بمسافة كبيرة. بعد تشفيره ونقله باستخدام التشابك الكمومي ، لن يوفر المفتاح أي معلومات قيمة للمفرقعات التي تحاول اعتراضه. كل ما سيحصلون عليه هو أرقام أخرى ، حيث ستتغير حالة النظام بتدخل خارجي.
لكن لم يكن من الممكن إنشاء نظام نقل بيانات عالمي ، لأنه بعد بضع عشرات من الكيلومترات تلاشت الإشارة. سيساعد القمر الصناعي ، الذي تم إطلاقه في عام 2016 ، في تنفيذ مخطط نقل المفتاح الكمي عبر مسافات تزيد عن 7000 كيلومتر.
أول محاولات ناجحة لاستخدام الاتصال الجديد
تم الحصول على أول بروتوكول تشفير كمي في عام 1984د- تستخدم هذه التقنية اليوم بنجاح في القطاع المصرفي. تقدم الشركات المعروفة أنظمة تشفير قاموا بإنشائها.
يتم تنفيذ خط الاتصال الكمي على كابل ألياف بصرية قياسي. في روسيا ، تم إنشاء أول قناة آمنة بين فروع Gazprombank في Novye Cheryomushki وفي Korovy Val. الطول الإجمالي كم 30.6 ، تحدث أخطاء أثناء نقل المفتاح ، لكن نسبتها ضئيلة - 5٪ فقط.
الصين تطلق قمر الاتصالات الكمومية
تم إطلاق أول قمر صناعي في العالم في الصين. تم إطلاق صاروخ Long March-2D في 16 أغسطس 2016 من موقع الإطلاق Jiu Quan. سيطير قمر صناعي يزن 600 كجم لمدة عامين في مدار متزامن مع الشمس ، بارتفاع 310 ميل (أو 500 كم) كجزء من برنامج "التجارب الكمية على مقياس كوني". فترة ثورة الجهاز حول الأرض ساعة ونصف.
يسمى القمر الصناعي للاتصالات الكمومية Micius ، أو "Mo-Tzu" ، على اسم فيلسوف عاش في القرن الخامس الميلادي. وكما هو شائع ، هو أول من أجرى تجارب بصرية. سيقوم العلماء بدراسة آلية التشابك الكمي وإجراء النقل الآني الكمي بين قمر صناعي ومختبر في التبت.
هذا الأخير ينقل الحالة الكمومية للجسيم إلى مسافة معينة. لتنفيذ هذه العملية ، هناك حاجة إلى زوج من الجسيمات المتشابكة (بمعنى آخر ، المرتبطة) الموجودة على مسافة من بعضها البعض. وفقًا لفيزياء الكم ، يمكنهم التقاط معلومات حول حالة الشريك ، حتى عندما يكونون بعيدين عن بعضهم البعض. هذا هو ، يمكنك أن تقدمتأثير على جسيم موجود في الفضاء السحيق ، ويؤثر على شريكه القريب ، في المختبر.
سيخلق القمر الصناعي فوتونين متشابكين ويرسلهما إلى الأرض. إذا نجحت التجربة ، فستكون بداية حقبة جديدة. لا تستطيع العشرات من هذه الأقمار الصناعية توفير انتشار الإنترنت الكمي في كل مكان فحسب ، بل يمكنها أيضًا توفير الاتصالات الكمومية في الفضاء للمستوطنات المستقبلية على المريخ والقمر.
لماذا نحتاج مثل هذه الأقمار الصناعية
لكن لماذا تحتاج حتى إلى قمر صناعي للاتصالات الكمومية؟ أليست الأقمار الصناعية التقليدية الموجودة بالفعل كافية؟ الحقيقة هي أن هذه الأقمار الصناعية لن تحل محل المعتاد. مبدأ الاتصال الكمي هو تشفير وحماية قنوات نقل البيانات التقليدية الحالية. بمساعدتها ، على سبيل المثال ، تم توفير الأمن بالفعل خلال الانتخابات البرلمانية في عام 2007 في سويسرا.
معهد باتيل التذكاري ، وهو منظمة بحثية غير ربحية ، يتبادل المعلومات بين الفصول في الولايات المتحدة (أوهايو) وأيرلندا (دبلن) باستخدام التشابك الكمومي. يعتمد مبدأه على سلوك الفوتونات - الجسيمات الأولية للضوء. بمساعدتهم ، يتم تشفير المعلومات وإرسالها إلى المرسل إليه. من الناحية النظرية ، حتى أكثر المحاولات حذراً للتدخل سوف تترك أثراً. سيتغير المفتاح الكمي على الفور ، وسينتهي الأمر بمحاولة القرصنة بمجموعة أحرف لا معنى لها. لذلك ، لا يمكن اعتراض أو نسخ جميع البيانات التي سيتم نقلها عبر قنوات الاتصال هذه.
قمر صناعيسيساعد العلماء على اختبار توزيع المفاتيح بين المحطات الأرضية والقمر الصناعي نفسه.
سيتم تنفيذ الاتصالات الكمومية في الصين بفضل كابلات الألياف الضوئية بطول إجمالي يبلغ 2000 كيلومتر وتوحيد 4 مدن من شنغهاي إلى بكين. لا يمكن نقل سلسلة الفوتونات إلى أجل غير مسمى ، وكلما زادت المسافة بين المحطات ، زادت فرصة تلف المعلومات.
بعد مسافة معينة ، تتلاشى الإشارة ، ويحتاج العلماء إلى طريقة لتحديث الإشارة كل 100 كيلومتر من أجل الحفاظ على الإرسال الصحيح للمعلومات. في الكابلات ، يتم تحقيق ذلك من خلال عقد مثبتة ، حيث يتم تحليل المفتاح ونسخه بواسطة فوتونات جديدة ويتحرك.
قليلا من التاريخ
في عام 1984 ، اقترح براسارد ج. من جامعة مونتريال وبينيت سي من شركة IBM أنه يمكن استخدام الفوتونات في التشفير للحصول على قناة أساسية آمنة. اقترحوا مخططًا بسيطًا لإعادة التوزيع الكمي لمفاتيح التشفير ، والذي كان يسمى BB84.
يستخدم هذا المخطط قناة كمية يتم من خلالها نقل المعلومات بين مستخدمين في شكل حالات كمية مستقطبة. قد يحاول مخترق التنصت قياس هذه الفوتونات ، لكنه لا يستطيع فعل ذلك ، كما ذكرنا سابقًا ، دون تشويهها. في عام 1989 ، في مركز أبحاث IBM ، أنشأ براسارد وبينيت أول نظام تشفير كمي يعمل في العالم.
ماذا يفعل الكم البصرينظام التشفير (KOKS)
يتم تحديد الخصائص التقنية الرئيسية لـ COKS (معدل الخطأ ، معدل نقل البيانات ، إلخ) بواسطة معلمات عناصر تشكيل القناة التي تشكل الحالات الكمية وتنقلها وتقيسها. يتكون COKS عادةً من أجزاء استقبال وإرسال متصلة بواسطة قناة إرسال.
مصادر الإشعاع مقسمة إلى 3 فئات:
- ليزر ؛
- ميكروليزر ؛
- الثنائيات الباعثة للضوء.
لنقل الإشارات الضوئية ، تُستخدم مصابيح LED بالألياف الضوئية كوسيط ، مدمجة في كبلات ذات تصميمات مختلفة.
طبيعة سرية الاتصالات الكمية
بالانتقال من الإشارات التي يتم فيها تشفير المعلومات المرسلة بواسطة نبضات بآلاف الفوتونات إلى إشارات يكون فيها ، في المتوسط ، أقل من واحد لكل نبضة ، تلعب قوانين الكم دورًا. إن استخدام هذه القوانين مع التشفير الكلاسيكي هو الذي يحقق السرية.
يُستخدم مبدأ عدم اليقين في Heisenberg في أجهزة التشفير الكمومي وبفضله ، فإن أي محاولات لتغيير النظام الكمي تُحدث تغييرات عليه ، ويتم تحديد التكوين الناتج عن مثل هذا القياس من قبل الطرف المتلقي على أنه خاطئ.
هل التشفير الكمي مقاوم بنسبة 100٪ للاختراق؟
نعم من الناحية النظرية ، لكن الحلول التقنية ليست موثوقة بالكامل. بدأ المهاجمون في استخدام شعاع الليزر ، حيث قاموا بإخفاء أجهزة الكشف الكمومية ، وبعد ذلك توقفوا عن الاستجابةالخصائص الكمومية للفوتونات. في بعض الأحيان يتم استخدام مصادر متعددة الفوتونات ، وقد يتمكن المخترقون من تخطي أحدها وقياس مصادر متطابقة.
