بررسی نظامی

پیشرفت در زمینه ارتباطات کوانتومی

9
پیشرفت در زمینه ارتباطات کوانتومی


در شبکه های اطلاعاتی مدرن، داده ها به شکل جریانی از فلاش های نور در امتداد فیبر نوری منتقل می شود: اگر فلاش وجود داشته باشد - یک، اگر نه - صفر. اما چنین انتقال اطلاعات ایمن نیست، زیرا این فلاش ها را می توان به راحتی با استفاده از یک تکنیک خاص "نگاه کرد"، در حالی که نه گیرنده و نه فرستنده متوجه نمی شوند که پیام رهگیری شده است.

در مورد استفاده از ارتباطات کوانتومی، فوتون ها در گروه های خاصی منتقل می شوند و صفر و یک به روش خاصی نوشته می شوند. در صورتی که شخصی بخواهد نامه را رهگیری کند، احتمالاً این کار را انجام می دهد، اما این اولاً بی توجه نخواهد بود و ثانیاً بعید است که این پیام را بخواند.

برای اولین بار، چنین الگوریتمی توسط فیزیکدان آمریکایی چارلز بنت و رمزنگار کانادایی ژیل براسارد در سال 1984 اختراع شد. پنج سال بعد، این الگوریتم در یک آزمایشگاه پیاده سازی شد - کریپتوفتون ها از طریق هوا در فاصله سی سانتی متری منتقل شدند. با این حال، با توجه به استفاده صنعتی، اولین راه حل ها تنها در سال 2002-2004 ظاهر شد. اما تا به حال، آنها لذت بسیار گران قیمتی هستند که هزینه آن صدها هزار دلار تخمین زده می شود. استراق سمع فیزیکی از یک کانال ارتباطی کوانتومی غیرممکن است، زیرا این با قوانین مکانیک کوانتومی در تضاد است.

در همان زمان، یک مشکل بزرگ در ارتباط با ترکیب کانال‌های کوانتومی در یک شبکه وجود دارد، زیرا کوانتومی در گره‌های شبکه نقض می‌شود. در حال حاضر، اتحادیه اروپا اجرای پروژه بسیار بلندپروازانه یک شبکه کوانتومی جهانی را آغاز کرده است که SECOQC نام دارد، اما در آن کریپتوفتون ها به بیت تبدیل شده و از طریق گره های شبکه قابل اعتماد منتقل می شوند. تا کنون، ارتباط کوانتومی فقط بین دو جسم قابل استفاده است و فاصله بین آنها نباید از 200 کیلومتر بیشتر شود، زیرا تک فوتون ها به سادگی نمی توانند به فواصل طولانی برسند. علاوه بر این، هر چه فاصله بیشتر باشد، سرعت انتقال داده کمتر است، تا چند صد بیت در ثانیه.

تمام تاسیساتی که امروزه با استفاده از ارتباطات کوانتومی وجود دارد به انتقال کلیدهای رمزگذاری محدود می شود، بنابراین اغلب ارتباطات کوانتومی "کریپتو کوانتومی" نامیده می شود. پس از اینکه اشیا کلیدهای لازم را دریافت کردند، اطلاعات را رمزگذاری کرده و از طریق شبکه منتقل می کنند. اما در عین حال، کلیدهای رمزگذاری باید اغلب تغییر کنند، زیرا سرعت اتصال بسیار پایین است.

این سوال پیش می‌آید: اگر مشکلات زیادی در ارتباط کوانتومی وجود دارد، چرا نمی‌توانید از برنامه‌های رمزگذاری باز مانند PGP استفاده کنید و بدون کوانتوم کار کنید؟ پاسخ ساده است: واقعیت این است که با وجود همه راحتی سیستم های کلید عمومی، هیچ کس نمی تواند قابلیت اطمینان آنها را تضمین کند. در عین حال، در بین برنامه های بسته، برنامه هایی وجود دارد که حتی از نظر تئوری کرک کردن آنها غیرممکن است، اما در عین حال لازم است که از قبل کلیدهای لازم را برای همه طرفین فراهم کنید و در سیستم های رایانه ای مدرن این مشکل تقریبا غیرممکن است. حل. اما می توان آن را با کمک ارتباطات کوانتومی حل کرد: برای اطمینان از اینکه هیچ کس کلید را رهگیری نکرده است، فیزیک کمک می کند، و عدم دسترسی به داده های رمزگذاری شده با آن ریاضی است.

در عین حال، قابل ذکر است که مفهوم «امنیت بدون قید و شرط» کاملاً صحیح نیست. بله، فناوری کامپیوتر قدرتمند به شما کمک نمی کند تا به اطلاعات طبقه بندی شده دسترسی پیدا کنید، اما راه های دیگری نیز وجود دارد، به عنوان مثال، کانال های جانبی نشت داده ها، خطاهای فنی یا "حملات تروجان".

شور و شوق فیزیکدانان به صنعت گران، بازرگانان، سازمان های دولتی منتقل شد. به شرکت‌های جوانی که هنوز نتوانسته‌اند اولین «جعبه‌های سیاه» کوانتومی را واقعاً بفروشند، بودجه چند میلیون دلاری برای تحقیقات بیشتر پیشنهاد می‌شود. ایده های ارتباط کوانتومی به طور جدی در اذهان عمومی شروع به پیشرفت کردند. اولین نفر در این زمینه سوئیسی ها بودند که در انتخابات پارلمانی 2007 مزایای ارتباطات کوانتومی را نشان دادند. و اگرچه سود واقعی از آن ناچیز بود، اما روابط عمومی بسیار عالی بود، زیرا مردم سوئیس در قبال روند انتخابات بسیار مسئول هستند. بنابراین شمارش صحیح آرا برای آنها مهم است. و ارتباط بین ارتباطات کوانتومی و حفاظت از نتایج انتخابات یک ترفند تبلیغاتی کاملاً اندیشیده شده است که توجه را نه تنها به ارتباطات کوانتومی، بلکه به توسعه علم سوئیس نیز جلب کرد.

توسعه ارتباطات کوانتومی بسیار فشرده ادامه دارد. و در ماه می سال جاری، اطلاعاتی ظاهر شد مبنی بر اینکه فیزیکدانان چینی موفق به انتقال فوتون ها در فاصله 97 کیلومتری در هوای آزاد شدند. انتقال فوتون های درهم تنیده با استفاده از لیزر انجام شد که قدرت آن برابر با 1,3 وات بود. این آزمایش ها بر روی دریاچه ای واقع در ارتفاع 4 هزار متری از سطح دریا انجام شد. مشکل اصلی در فرآیند انتقال فوتون ها در چنین فاصله قابل توجهی با گسترش پرتو مرتبط بود، بنابراین دانشمندان از یک لیزر هدایت کننده اضافی استفاده کردند که با آن گیرنده و فرستنده تنظیم می شد. علاوه بر این، فوتون ها نه تنها به دلیل گسترش پرتو، بلکه به دلیل اپتیک ناقص و تلاطم هوا نیز از بین رفتند.

به هر حال، در طول یک آزمایش 4 ساعته، حدود 97 فوتون درهم تنیده به فاصله 1100 کیلومتری منتقل شد. اما، به گفته دانشمندان، تلفات فوتون بسیار ناچیز است، بنابراین کاملاً ممکن است فرض شود که در آینده نزدیک ارتباط کوانتومی می تواند بین یک ماهواره ارتباطی و یک ایستگاه زمینی انجام شود.

توجه داشته باشید که دانشمندان قبلاً تحقیقاتی را در مورد انتقال فوتون های درهم تنیده انجام داده بودند، اما دامنه انتقال زیاد نبود - حدود یک کیلومتر. دلیل این امر برهمکنش ذرات با محیط انتشار و در نتیجه از بین رفتن خواص کوانتومی است. همانطور که می بینید، انتقال هوا کارآمدتر بود.

چند روز پس از آزمایش چینی، اطلاعاتی ظاهر شد مبنی بر اینکه دانشمندان اروپایی با ارسال فوتون های درهم تنیده در مسافت 143 کیلومتری توانستند رکورد دانشمندان چینی را بشکنند. به گفته نویسندگان آن، این آزمایش بیش از یک سال به طول انجامید. دلیل این امر آب و هوای بد است. مشخص است که این آزمایش ها در اقیانوس اطلس بین جزایر تنریف و لا پالما انجام شده است. مانند مطالعات قبلی، انتقال اطلاعات توسط دو کانال - معمولی و کوانتومی انجام شد.

اکنون آشکار می شود که دستاوردهای فیزیکدانان چینی موفقیت آمیزتر بوده است. برای اولین بار، دانشمندان موفق به استفاده از ارتباط کوانتومی بین ایستگاه پایه زمینی و هواپیمایی که در ارتفاع قابل توجهی پرواز می کند، شده اند.

در هواپیمای Do228 که در ارتفاع 20 کیلومتری با سرعت 300 کیلومتر در ساعت پرواز می کرد، یک گیرنده و منبع (لیزر مادون قرمز) فوتون وجود داشت. ایستگاه پایه از یک سیستم نوری که شامل سیستمی از آینه ها با درایوهای با دقت بالا بود برای تعیین جهت و موقعیت هواپیما استفاده می کرد. هنگامی که تمام مختصات هواپیما و همچنین سیستم نوری گیرنده به طور دقیق مشخص شد، تجهیزات ایستگاه می توانند قطبش فوتون ها را تعیین کنند و از این اطلاعات برای رمزگشایی داده های کوانتومی استفاده کنند.

جلسه ارتباط تقریباً 10 دقیقه به طول انجامید. با این حال، تمام اطلاعات ارسالی با استفاده از رمزنگاری کوانتومی رمزگذاری نشدند. فقط کلیدهای رمزنگاری به روش کوانتومی منتقل می شدند که پس از تعداد مشخصی کیلوبایت اطلاعات (حدود 10 کیلوبایت) که به روش معمول منتقل می شد تغییر کرد. روش انتقال کلید مورد استفاده توزیع کلید کوانتومی نامیده می شود که از قطبش های مختلف فوتون برای رمزگذاری یک ها و صفرها استفاده می کند.

همچنین لازم به ذکر است که میزان خطا در طول جلسه از 5 درصد فراتر نرفته است که می توان آن را موفقیت بزرگی در زمینه ارتباطات کوانتومی دانست.

بنابراین، می توان گفت که دانشمندان موفق شده اند به ایجاد یک سیستم ماهواره ای برای ارتباطات کوانتومی نزدیک شوند. در عین حال، این فرض وجود دارد که حتی تلاش کمتری برای سازماندهی چنین اتصالی مورد نیاز خواهد بود، زیرا شرایط آب و هوایی تأثیر زیادی در نزدیکی سطح زمین دارد، اما در جهت عمودی آنها نباید چندان قابل توجه باشند.

به گفته کارشناسان، در صورت موفقیت آمیز بودن آزمایش ها، می توان از ارتباطات ماهواره ای کوانتومی برای سازماندهی یک شبکه امن اطلاعاتی بین سفارتخانه های کشورهایی که قبلاً این فناوری را دارند، استفاده کرد.

در عین حال، تعداد معینی از دانشمندان وجود دارند که معتقدند، همراه با توانایی ارائه حفاظت قدرتمند برای اطلاعات ارسالی، ارتباطات کوانتومی قادر به حل تعدادی از مسائل به همان اندازه مهم نیست. بنابراین، به گفته بارت پرنل، استاد دانشگاه کاتولیک لوون، مشکلات زیر وجود دارد. اول، فرستنده ای که از ارتباطات کوانتومی استفاده می کند باید مطمئن باشد که یک گیرنده بسیار خاص در انتهای دیگر وجود دارد. بنابراین لازم است به دو طرف یک کد مخفی داده شود. اما اگر این امکان برای گره های کوچک، به خوبی طراحی و سازمان دهی شده باشد، در آن صورت نمی توان از ارتباطات کوانتومی در استفاده انبوه استفاده کرد. ثانیا، رمزنگاری کوانتومی امکان امضای اسناد را فراهم نمی کند. ثالثاً، رمزنگاری کوانتومی نمی تواند حفاظت از اطلاعاتی را که قبلاً ذخیره شده است تضمین کند. در واقع، در سیستم های اطلاعاتی مدرن، نکته اصلی حفاظت از اطلاعات ارسالی نیست، بلکه حفاظت از گره های انتهایی است که این اطلاعات در آن ذخیره می شود.

بنابراین، از نظر استفاده تجاری، رمزنگاری کوانتومی برای مدتی قابل اجرا نخواهد بود.

مواد استفاده شده:
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
نویسنده:
9 نظرات
اعلامیه

در کانال تلگرام ما مشترک شوید، به طور منظم اطلاعات اضافی در مورد عملیات ویژه در اوکراین، حجم زیادی از اطلاعات، فیلم ها، چیزی که در سایت قرار نمی گیرد: https://t.me/topwar_official

اطلاعات
خواننده گرامی، برای اظهار نظر در مورد یک نشریه، باید وارد شدن.
  1. ویلوین
    ویلوین 27 سپتامبر 2012 08:57
    0
    من از مقاله نفهمیدم مزیت ارتباط کوانتومی نسبت به دیگران چیست؟ مطلوب است که در ارتفاعات بالا انتقال داده شود، جایی که هوا رقیق تر است و تأثیر کمتری بر فوتون ها دارد. به علاوه، شما به یک سری آینه با دقت بالا نیاز دارید که عملاً تک تیرانداز به سمت گیرنده نشانه می رود، به علاوه 5 درصد از دست دادن اطلاعات، به علاوه آب و هوا تأثیر قوی دارد، به علاوه چیز دیگری. هنوز خیلی زود است که در مورد پیشرفت IMHO صحبت کنیم. تا اینجا فقط آزمون و خطا است.
    1. تیرپیتز
      تیرپیتز 27 سپتامبر 2012 09:51
      +1
      کار اصلی در حال انجام است. بنابراین چینی ها به طور فعال وارد تجارت می شوند و نتیجه مطمئناً خواهد بود.
    2. گلیکوف
      گلیکوف 27 سپتامبر 2012 19:06
      -1
      درباره چینی ها و اروپایی ها - اینها فقط گزینه های ارتباطی هستند.
      نویسنده کوشیده است معنای این واقعیت را منتقل کند که اصولاً ارتباطات کوانتومی (بر اساس قوانین شناخته شده فیزیک و اجرای اقدامات سازمانی) قابل رهگیری نیست و در کشورهای دیگر کار برای توسعه روش‌ها و روش‌های غیرفعال در حال انجام است. ارتباط الکترومغناطیسی
      امیدوارم این اتفاق برای ما هم بیفتد.
      1. مامبا
        مامبا 28 سپتامبر 2012 10:30
        +1
        نقل قول از golikov
        در ایالت های دیگر، کار برای توسعه روش ها و روش های ارتباط غیر الکترومغناطیسی در حال انجام است. امیدوارم این اتفاق برای ما هم بیفتد.

        در سال 93، انجمن علمی و تولیدی ساراتوف "Inzhekt" یک لیزر برای خطوط اصلی فیبر نوری با طول موج 1,3 میکرون توسعه داد. موسسه تحقیقات علمی سنت پترزبورگ "ارتباطات از راه دور" تمام الکترونیک را برای خطوط ارتباطی بین قاره ای توسعه داده است. خارکف و پیتر کابل های نوری را آماده کردند، اما ویرانی در کشور و آشفتگی در رهبری آن همه اینها را مدفون کرد و راه را برای رقبای غربی و شرقی باز کرد.
    3. کاربوفو
      کاربوفو 28 سپتامبر 2012 02:26
      0
      ویلوین,
      مزیت اصلی، عدم امکان رهگیری داده ها است. یا حداقل عدم امکان رهگیری اطلاعات به صورت نامحسوس.
      کلا تاپیک قدیمیه، حداقل پنج سال پیش در موردش خوندم.
  2. borisst64
    borisst64 27 سپتامبر 2012 11:23
    0
    اگر موضوع محرمانه بودن اطلاعات است، پس هیچکس روش رمزگذاری را لغو نکرده است.
  3. من هم اینچنین فکر میکنم
    من هم اینچنین فکر میکنم 28 سپتامبر 2012 00:29
    0
    یک اطلاعات خالی دیگر. آمریکایی ها برای تحقیقات بی معنی با هدفی ناامیدکننده پول زیادی خرج کردند و حالا می خواهند با کمک حملات آگاهانه دیگران را وادار به انجام همین تلاش کنند. و هیچ کس از انبوه نویسندگان چنین مقالاتی این سوال را نمی پرسد - اگر پیام توسط دشمن رهگیری شود چه اشکالی دارد؟ با روش‌های رمزگذاری مدرن، برای رمزگشایی یک پیام، باید از تمام قدرت تمام (!) رایانه‌های مدرن روی کره زمین استفاده کنید و آنها باید چند هزار سال کار کنند. همه. پنهان کردن یک پیام رمزگذاری شده چه فایده ای دارد؟ هیچ معنایی ندارد! خوب این همه سر و صدا برا چیه؟ بگذار دشمن در یک دایره کاذب برود ... بگذار پول خرج کند و زمان را از دست بدهد ...
  4. مامبا
    مامبا 28 سپتامبر 2012 00:39
    +5
    این مقاله توسط یک آماتور کامل در زمینه الکترونیک کوانتومی نوشته شده است و مملو از خطاها و فرمولاسیون های عجیب و غریب در سطح مروارید است.
    در پاراگراف اول، نویسنده می نویسد که هنگام رهگیری اطلاعات از یک فیبر نوری "نه گیرنده و نه فرستنده متوجه نمی شوند که پیام رهگیری شده است". اما در پاراگراف دوم می خوانیم که "رهگیری بی توجه نخواهد بود".
    به جای مروارید "فوتون ها در گروه های خاصی منتقل می شوند" بهتر است بنویسیم که پالس های نوری از طریق فیبر از یک لیزر نیمه هادی که در حالت شبه پیوسته در طول موج 1,3 میکرومتر یا 1,55 میکرومتر کار می کند، از طریق فیبر منتقل می شوند.
    در اتحاد جماهیر شوروی، اولین ماژول های الکترونیکی کوانتومی در دهه 80 ظاهر شدند. آنها می توانند هم با فیبر و هم با هوا کار کنند، البته با استفاده از رمزگذاری اطلاعات، اما به دلایلی نویسنده معتقد است: "در مورد استفاده صنعتی، اولین راه حل ها تنها در سال 2002-2004 ظاهر شد."
    مروارید نامفهوم: شنود فیزیکی یک کانال ارتباطی کوانتومی غیرممکن است، زیرا این با قوانین مکانیک کوانتومی در تضاد است.. و در مورد مکانیک کوانتومی چطور؟
    مروارید "مقدار در گره های شبکه شکسته شده است"احتمالاً به این معنی است که هنگام ارسال مجدد سیگنال، تداخلی ممکن است رخ دهد که اطلاعات را مخدوش کند.
    "تا کنون، ارتباطات کوانتومی فقط بین دو جسم قابل استفاده است و فاصله بین آنها نباید از 200 کیلومتر تجاوز کند، زیرا فوتون های منفرد به سادگی نمی توانند به فواصل طولانی برسند." ظاهراً نویسنده نمی داند که خطوط ارتباطی فیبر نوری (FOCL) برای مدت طولانی وجود داشته است و از اواخر دهه 80 بین قاره ای تبدیل شده است.
    علاوه بر این، هر چه فاصله بیشتر باشد، سرعت انتقال داده کمتر می شود، تا چند صد بیت در ثانیه.. در چنین حالتی اینترنت امکان پذیر نخواهد بود.
    تشویق یکی دیگر از مروارید نویسنده در مورد "درهم» فوتون ها: "انتقال فوتون های درهم تنیده با استفاده از لیزری انجام شد که توان آن برابر با 1,3 وات بود.". احتمالاً منظور یک لیزر IR پیوسته با چنین توان متوسط ​​و با تمرکز پرتو ایده‌آل است که اطلاعات رمزگذاری شده را از طریق هوای تمیز کوهستانی منتقل می‌کند.
    نویسنده از نظر علمی، تضعیف معمول سیگنال نوری به دلیل پراکندگی و جذب در محیط را "علمی" می نامد. "از دست دادن خواص کوانتومی". شاید کوانتوم های نوری دیگر خودشان نباشند؟
    نویسنده با مقایسه برد انتقال از طریق هوا در شرایط عادی و در کوهستان، نتیجه عجیبی می گیرد: انتقال از طریق هوا کارآمدتر است. سپس انتقال اطلاعات با استفاده از لیزر در فضا کارآمدتر خواهد بود.
    من در مورد رمزگذاری اطلاعات با استفاده از قطبش فوتون ها نشنیده ام، زیرا. من مدت زیادی است که الکترونیک کوانتومی کار نمی کنم. با این حال، من فکر نمی کنم که خود لیزرها قادر به عملکرد در حالت تنظیم قطبی باشند. این به دستگاه های دیگری نیاز دارد.
    به طور کلی، نویسنده در فیزیک یک دوش چاق است. زبان او من را به یاد همان نویسنده ای انداخت که پس از سفر به یک کارخانه تولید دستگاه های نیمه هادی، فناوری ساخت تریستورها را توصیف کرد و آنها را از کلمه ترور - تروریست نامید. و به همین ترتیب در طول مقاله، بیست بار. منفی
  5. چاق
    چاق 28 سپتامبر 2012 00:59
    +2
    در دهه 90، به اصطلاح. ارتباطات "بسته ای"، تجهیزات فشرده سازی اطلاعات را بسته بندی می کند، آن را با ZAS رمزگذاری می کند و در عرض 1-2 ثانیه به صورت "بخش" یا "بسته" روی آنتن می رود. در پذیرش، روند معکوس (با آگاهی از کلید). تنها مشکل حجم کم "بسته" است، بنابراین بسته ها به صورت قسمتی، توسط یک لوکوموتیو بخار و غیره رانده می شدند. "پژواک". کمی شبیه تلگراف با فرکانس صدا، اما نه یکسان: اتصال در سراسر توپ و بدون هیچ لیزری چرخید. من به یاد دارم که برخلاف رله رادیویی، یک انفجار هسته ای اتصال را قطع کرد. و در اینجا، مانند یک کمپین، با یک متخصص پروژه های عجیب و غریب را "بردارند".
  6. gregor6549
    gregor6549 28 سپتامبر 2012 14:58
    0
    خیلی خراب نیست استفاده از ارتباطات در محدوده طول موج نوری برای مدت طولانی و نه تنها در سیستم های ارتباطی نظامی، بلکه در سیستم های غیرنظامی نیز انجام شده است. علاوه بر این، هم ارتباط بی سیم و هم ارتباط از طریق کابل های فیبر نوری استفاده می شود.
    به عنوان مثال، در استرالیا «فراموش شده خدا»، پروژه ای در حال اجراست که بر اساس آن ارتباطات پرسرعت باند پهن تقریباً به هر خانه و شرکتی گسترش می یابد. (شبکه پهنای باند ملی) کابل های فیبر نوری اساس این اتصال خواهند بود. و در جاهایی که استفاده از آنها دشوار است، از پیوندهای بی سیم پهن باند، مانند امواج مایکروویو، استفاده خواهد شد. و رمزگذاری ارتباطات، در صورت لزوم، با روش های کاملاً متفاوت انجام می شود، صرف نظر از اینکه از چه فرکانس هایی برای انتقال داده ها استفاده می شود. پس هدف مقاله چیست؟
    1. گلیکوف
      گلیکوف 3 اکتبر 2012 19:38
      +1
      سعی میکنم توضیح بدم یک پدیده وجود دارد: اگر کاری با یک کوانتوم انجام شود، همان اتفاق برای کوانتوم دیگر خواهد افتاد.
      آن ها من یک "گروه کوانت" تولید می کنم، شما همان را دریافت می کنید (افراد دیگر آنها را نخواهند داشت) - این من بودم که کلید رمزگذاری را به شما دادم. و سپس طبق طرح قدیمی. با توجه به این که من نمی توانم 1 گیگابایت تولید کنم.
      درسته مامبا؟