ฟิสิกส์ควอนตัมเสนอวิธีใหม่ในการปกป้องข้อมูลอย่างสมบูรณ์ เหตุใดจึงจำเป็น ตอนนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะวางช่องทางการสื่อสารที่ปลอดภัยหรือไม่? แน่นอนคุณสามารถ. แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว และทันทีที่มันกลายเป็นสิ่งที่แพร่หลาย อัลกอริธึมการเข้ารหัสที่ทันสมัยก็จะไร้ประโยชน์ เนื่องจากคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังเหล่านี้จะถอดรหัสได้ภายในเสี้ยววินาที การสื่อสารควอนตัมช่วยให้คุณเข้ารหัสข้อมูลโดยใช้โฟตอน - อนุภาคมูลฐาน
คอมพิวเตอร์ดังกล่าวที่เข้าถึงช่องควอนตัมไม่ทางใดก็ทางหนึ่งจะเปลี่ยนสถานะที่แท้จริงของโฟตอน และการพยายามหาข้อมูลจะทำให้ข้อมูลเสียหาย แน่นอนว่าความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลนั้นต่ำกว่าช่องทางอื่นที่มีอยู่ในปัจจุบัน เช่น การสื่อสารทางโทรศัพท์ แต่การสื่อสารควอนตัมให้ระดับความลับที่มากกว่ามาก แน่นอนว่านี่เป็นข้อดีอย่างมาก โดยเฉพาะในโลกปัจจุบันที่อาชญากรรมไซเบอร์เพิ่มสูงขึ้นทุกวัน
การสื่อสารควอนตัมสำหรับหุ่น
เมื่อโทรเลขถูกแทนที่ด้วยจดหมายนกพิราบแล้ว วิทยุก็แทนที่โทรเลขแน่นอนว่าวันนี้ไม่ได้หายไป แต่มีเทคโนโลยีสมัยใหม่อื่น ๆ ปรากฏขึ้น เมื่อสิบปีที่แล้ว อินเทอร์เน็ตไม่แพร่หลายเหมือนทุกวันนี้ และเข้าถึงได้ยาก - คุณต้องไปคลับอินเทอร์เน็ต ซื้อการ์ดราคาแพง ฯลฯ วันนี้ เราไม่ได้ใช้ชีวิต ชั่วโมงที่ไม่มีอินเทอร์เน็ต และเราหวังว่าจะ 5G
แต่มาตรฐานการสื่อสารใหม่ถัดไปจะไม่แก้ปัญหาที่กำลังเผชิญกับองค์กรของการแลกเปลี่ยนข้อมูลโดยใช้อินเทอร์เน็ต รับข้อมูลจากดาวเทียมจากการตั้งถิ่นฐานบนดาวเคราะห์ดวงอื่น ฯลฯ ข้อมูลทั้งหมดนี้จะต้องได้รับการปกป้องอย่างปลอดภัย และสามารถจัดระเบียบได้โดยใช้สิ่งที่เรียกว่าพัวพันควอนตัม
พันธะควอนตัมคืออะไร? สำหรับ "หุ่นจำลอง" ปรากฏการณ์นี้อธิบายว่าเป็นความเชื่อมโยงของลักษณะควอนตัมที่แตกต่างกัน มันถูกเก็บรักษาไว้แม้ว่าอนุภาคจะถูกแยกออกจากกันในระยะทางไกล เข้ารหัสและส่งโดยใช้ควอนตัมพัวพัน คีย์จะไม่ให้ข้อมูลที่มีค่าใดๆ แก่ผู้แคร็กเกอร์ที่พยายามสกัดกั้น สิ่งที่พวกเขาจะได้รับคือตัวเลขอื่น ๆ เนื่องจากสถานะของระบบที่มีการแทรกแซงจากภายนอกจะเปลี่ยนไป
แต่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างระบบการรับส่งข้อมูลทั่วโลก เพราะหลังจากผ่านไปหลายสิบกิโลเมตรสัญญาณก็จางลง ดาวเทียมซึ่งเปิดตัวในปี 2559 จะช่วยใช้แผนการถ่ายโอนคีย์ควอนตัมในระยะทางมากกว่า 7,000 กม.
ความพยายามครั้งแรกในการใช้การเชื่อมต่อใหม่สำเร็จ
โปรโตคอลการเข้ารหัสควอนตัมตัวแรกที่ได้รับในปี 1984d. วันนี้ เทคโนโลยีนี้ถูกใช้อย่างประสบความสำเร็จในภาคการธนาคาร บริษัทที่มีชื่อเสียงเสนอระบบการเข้ารหัสลับที่พวกเขาสร้างขึ้น
สายสื่อสารควอนตัมใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงมาตรฐาน ในรัสเซีย ช่องทางการรักษาความปลอดภัยช่องแรกถูกวางระหว่างสาขา Gazprombank ใน Novye Cheryomushki และ Korovy Val ความยาวรวม 30.6 กม. เกิดข้อผิดพลาดระหว่างการส่งกุญแจ แต่เปอร์เซ็นต์นั้นน้อยมาก - เพียง 5%
จีนเปิดตัวดาวเทียมสื่อสารควอนตัม
ดาวเทียมดังกล่าวดวงแรกของโลกเปิดตัวในประเทศจีน จรวด Long March-2D ถูกปล่อยเมื่อวันที่ 16 สิงหาคม 2016 จากจุดปล่อย Jiu Quan ดาวเทียมที่มีน้ำหนัก 600 กก. จะบินเป็นเวลา 2 ปีในวงโคจรของดวงอาทิตย์แบบซิงโครนัส สูง 310 ไมล์ (หรือ 500 กม.) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ "Quantum Experiments on a Cosmic Scale" ระยะเวลาของการปฏิวัติอุปกรณ์รอบโลกคือหนึ่งชั่วโมงครึ่ง
ดาวเทียมสื่อสารควอนตัมชื่อ Micius หรือ "Mo-Tzu" ตามชื่อนักปรัชญาที่อาศัยอยู่ในศตวรรษที่ 5 และตามที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าเป็นคนแรกที่ทำการทดลองทางแสง นักวิทยาศาสตร์กำลังจะศึกษากลไกการพัวพันควอนตัมและทำการเคลื่อนย้ายควอนตัมระหว่างดาวเทียมกับห้องปฏิบัติการในทิเบต
หลังส่งสถานะควอนตัมของอนุภาคไปยังระยะทางที่กำหนด ในการนำกระบวนการนี้ไปใช้ จำเป็นต้องมีคู่ของอนุภาคที่พันกัน (หรือเชื่อมโยงกัน) ซึ่งอยู่ห่างจากกัน ตามควอนตัมฟิสิกส์ พวกเขาสามารถจับข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของคู่หู แม้ว่าพวกเขาจะอยู่ไกลกัน นั่นคือคุณสามารถให้กระทบกับอนุภาคที่อยู่ลึกในห้วงอวกาศ กระทบกับคู่หูที่อยู่ใกล้ๆ ในห้องปฏิบัติการ
ดาวเทียมจะสร้างโฟตอนพัวพันสองอัน และส่งพวกมันมายังโลก หากประสบความสําเร็จก็จะเป็นจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ ดาวเทียมดังกล่าวหลายสิบดวงไม่เพียงแต่สามารถให้อินเทอร์เน็ตควอนตัมแพร่หลายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสื่อสารควอนตัมในอวกาศเพื่อการตั้งถิ่นฐานบนดาวอังคารและดวงจันทร์ในอนาคตอีกด้วย
ทำไมเราถึงต้องการดาวเทียมแบบนี้
แต่ทำไมต้องใช้ดาวเทียมสื่อสารควอนตัมด้วยล่ะ ดาวเทียมทั่วไปมีอยู่แล้วไม่เพียงพอหรือไม่ ความจริงก็คือดาวเทียมเหล่านี้จะไม่แทนที่ดาวเทียมปกติ หลักการของการสื่อสารควอนตัมคือการเข้ารหัสและปกป้องช่องทางการรับส่งข้อมูลแบบเดิมที่มีอยู่ ตัวอย่างเช่น ด้วยความช่วยเหลือดังกล่าว ได้มีการจัดให้มีการรักษาความปลอดภัยแล้วในระหว่างการเลือกตั้งรัฐสภาในปี 2550 ที่สวิตเซอร์แลนด์
สถาบัน Battelle Memorial ซึ่งเป็นองค์กรวิจัยที่ไม่แสวงหาผลกำไร แลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างบทในสหรัฐอเมริกา (โอไฮโอ) และไอร์แลนด์ (ดับลิน) โดยใช้ควอนตัมพัวพัน หลักการของมันขึ้นอยู่กับพฤติกรรมของโฟตอน - อนุภาคมูลฐานของแสง ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา ข้อมูลจะถูกเข้ารหัสและส่งไปยังผู้รับ ในทางทฤษฎี แม้แต่ความพยายามอย่างระมัดระวังที่สุดในการแทรกแซงก็จะทิ้งร่องรอยไว้ คีย์ควอนตัมจะเปลี่ยนทันที และแฮ็กเกอร์ที่พยายามจะลงเอยด้วยชุดอักขระที่ไม่มีความหมาย ดังนั้นข้อมูลทั้งหมดที่จะถูกส่งผ่านช่องทางการสื่อสารเหล่านี้ไม่สามารถสกัดกั้นหรือคัดลอกได้
ดาวเทียมจะช่วยนักวิทยาศาสตร์ทดสอบการกระจายคีย์ระหว่างสถานีภาคพื้นดินและดาวเทียมเอง
การสื่อสารควอนตัมในประเทศจีนจะดำเนินการด้วยสายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่มีความยาวรวม 2,000 กม. และรวม 4 เมืองจากเซี่ยงไฮ้ไปยังปักกิ่ง ไม่สามารถส่งชุดของโฟตอนอย่างไม่มีกำหนดได้ และยิ่งระยะห่างระหว่างสถานีมากเท่าไหร่ โอกาสที่ข้อมูลจะเสียหายก็จะมากขึ้นเท่านั้น
หลังจากระยะทางหนึ่ง สัญญาณจะจางลง และนักวิทยาศาสตร์ต้องการวิธีอัปเดตสัญญาณทุกๆ 100 กม. เพื่อรักษาการส่งข้อมูลที่ถูกต้อง ในสายเคเบิล สามารถทำได้โดยผ่านโหนดที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว ซึ่งคีย์จะถูกวิเคราะห์ คัดลอกโดยโฟตอนใหม่และเคลื่อนที่ต่อไป
ประวัติศาสตร์เล็กน้อย
ในปี 1984 Brassard J. จาก University of Montreal และ Bennet C. แห่ง IBM เสนอว่าโฟตอนสามารถนำมาใช้ในการเข้ารหัสเพื่อให้ได้ช่องทางพื้นฐานที่ปลอดภัย พวกเขาเสนอรูปแบบง่ายๆ สำหรับการกระจายคีย์การเข้ารหัสควอนตัมซึ่งเรียกว่า BB84
โครงการนี้ใช้ช่องสัญญาณควอนตัมซึ่งข้อมูลถูกส่งระหว่างผู้ใช้สองคนในรูปแบบของสถานะควอนตัมโพลาไรซ์ แฮ็กเกอร์ที่ดักฟังอาจพยายามวัดโฟตอนเหล่านี้ แต่เขาทำไม่ได้ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น โดยไม่บิดเบือนโฟตอน ในปี 1989 ที่ IBM Research Center, Brassard และ Bennet ได้สร้างระบบการเข้ารหัสควอนตัมที่ใช้งานได้ครั้งแรกของโลก
ควอนตัมออปติคัลคืออะไรระบบเข้ารหัส (KOKS)
ลักษณะทางเทคนิคหลักของ COKS (อัตราข้อผิดพลาด อัตราการถ่ายโอนข้อมูล ฯลฯ) ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ขององค์ประกอบการสร้างช่องสัญญาณที่สร้าง ส่ง และวัดสถานะควอนตัม โดยปกติ COKS จะประกอบด้วยส่วนรับและส่งสัญญาณซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยช่องทางการส่งสัญญาณ
แหล่งกำเนิดรังสีแบ่งออกเป็น 3 ชั้น:
- เลเซอร์;
- ไมโครเลเซอร์;
- ไดโอดเปล่งแสง
สำหรับการส่งสัญญาณออปติคัล ไฟ LED ใยแก้วนำแสงถูกใช้เป็นสื่อกลาง รวมกันเป็นสายเคเบิลที่มีการออกแบบต่างๆ
ธรรมชาติของความลับในการสื่อสารควอนตัม
เปลี่ยนจากสัญญาณที่ข้อมูลที่ส่งถูกเข้ารหัสโดยพัลส์ที่มีโฟตอนนับพันเป็นสัญญาณซึ่งโดยเฉลี่ยแล้วมีน้อยกว่าหนึ่งอันต่อพัลส์ กฎหมายควอนตัมจึงมีผลบังคับใช้ มันคือการใช้กฎหมายเหล่านี้กับการเข้ารหัสแบบคลาสสิกที่บรรลุความลับ
หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กใช้ในอุปกรณ์เข้ารหัสควอนตัม และด้วยเหตุนี้ ความพยายามใดๆ ในการเปลี่ยนระบบควอนตัมจึงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง และการก่อตัวที่เกิดจากการวัดดังกล่าวจะถูกกำหนดโดยฝ่ายรับว่าเป็นเท็จ
การเข้ารหัสควอนตัมสามารถป้องกันการแฮ็กได้ 100% หรือไม่
ตามทฤษฎีแล้วใช่ แต่การแก้ปัญหาทางเทคนิคไม่น่าเชื่อถืออย่างสิ้นเชิง ผู้โจมตีเริ่มใช้ลำแสงเลเซอร์ซึ่งพวกเขาใช้เครื่องตรวจจับควอนตัมตาบอด หลังจากนั้นพวกเขาก็หยุดตอบสนองต่อคุณสมบัติควอนตัมของโฟตอน บางครั้งมีการใช้แหล่งโฟตอนหลายแหล่ง และแฮกเกอร์อาจข้ามแหล่งใดแหล่งหนึ่งและวัดแหล่งที่เหมือนกันได้
