A física quântica oferece uma maneira completamente nova de proteger as informações. Por que é necessário, agora é impossível estabelecer um canal de comunicação seguro? Claro que você pode. Mas os computadores quânticos já foram criados e, no momento em que se tornarem onipresentes, os algoritmos de criptografia modernos serão inúteis, pois esses computadores poderosos serão capazes de decifrá-los em uma fração de segundo. A comunicação quântica permite criptografar informações usando fótons - partículas elementares.
Tais computadores, tendo obtido acesso ao canal quântico, de uma forma ou de outra, mudarão o estado real dos fótons. E tentar obter informações irá corrompê-lo. A velocidade de transferência de informações é, obviamente, menor do que com outros canais existentes atualmente, por exemplo, com comunicações telefônicas. Mas a comunicação quântica fornece um nível muito maior de sigilo. Isso, claro, é uma vantagem muito grande. Especialmente no mundo de hoje, onde o cibercrime está aumentando a cada dia.
Comunicação quântica para manequins
Uma vez que o correio de pombos foi suplantado pelo telégrafo, por sua vez, o telégrafo foi suplantado pelo rádio. Claro, hoje não desapareceu, mas outras tecnologias modernas apareceram. Há apenas dez anos, a Internet não era tão difundida como hoje, e era muito difícil ter acesso a ela - você tinha que ir a clubes de Internet, comprar cartões muito caros, etc. Hoje, não vivemos uma hora sem Internet, e estamos ansiosos pelo 5G.
Mas o próximo novo padrão de comunicação não resolverá os problemas que agora enfrentam a organização da troca de dados pela Internet, o recebimento de dados de satélites de assentamentos em outros planetas etc. Todos esses dados devem ser protegidos com segurança. E isso pode ser organizado usando o chamado entrelaçamento quântico.
O que é uma ligação quântica? Para "manequins" esse fenômeno é explicado como uma conexão de diferentes características quânticas. Ele é preservado mesmo quando as partículas estão separadas umas das outras por uma grande distância. Criptografada e transmitida usando emaranhamento quântico, a chave não fornecerá nenhuma informação valiosa aos crackers que tentarem interceptá-la. Tudo o que eles obterão são outros números, pois o estado do sistema, com intervenção externa, será alterado.
Mas não foi possível criar um sistema mundial de transmissão de dados, pois após algumas dezenas de quilômetros o sinal se desvaneceu. O satélite, lançado em 2016, ajudará a implementar um esquema de transferência de chave quântica em distâncias de mais de 7.000 km.
Primeiras tentativas bem-sucedidas de usar a nova conexão
O primeiro protocolo de criptografia quântica foi obtido em 1984d. Hoje, esta tecnologia é utilizada com sucesso no setor bancário. Empresas conhecidas oferecem criptosistemas que criaram.
A linha de comunicação quântica é realizada em um cabo de fibra óptica padrão. Na Rússia, o primeiro canal seguro foi estabelecido entre as filiais do Gazprombank em Novye Cheryomushki e em Korovy Val. O comprimento total é de 30,6 km, erros ocorrem durante a transmissão da chave, mas sua porcentagem é mínima - apenas 5%.
China lança satélite de comunicações quânticas
O primeiro satélite do mundo foi lançado na China. O foguete Longa Marcha-2D foi lançado em 16 de agosto de 2016 a partir do local de lançamento de Jiu Quan. Um satélite pesando 600 kg voará por 2 anos em uma órbita síncrona com o sol, 310 milhas (ou 500 km) de altura como parte do programa "Experiências Quânticas em Escala Cósmica". O período de revolução do dispositivo ao redor da Terra é de uma hora e meia.
O satélite de comunicações quânticas é chamado de Micius, ou "Mo-Tzu", em homenagem a um filósofo que viveu no século 5 dC. e, como geralmente se acredita, o primeiro a realizar experimentos ópticos. Os cientistas vão estudar o mecanismo do emaranhamento quântico e realizar o teletransporte quântico entre um satélite e um laboratório no Tibete.
Este último transmite o estado quântico da partícula a uma determinada distância. Para implementar este processo, é necessário um par de partículas emaranhadas (ou seja, ligadas) localizadas a uma distância uma da outra. De acordo com a física quântica, eles são capazes de capturar informações sobre o estado de um parceiro, mesmo quando estão distantes um do outro. Ou seja, você pode fornecerimpacto em uma partícula que está no espaço profundo, afetando seu parceiro, que está próximo, no laboratório.
O satélite criará dois fótons emaranhados e os enviará para a Terra. Se a experiência for bem-sucedida, marcará o início de uma nova era. Dezenas desses satélites poderiam não apenas fornecer a onipresença da internet quântica, mas também comunicações quânticas no espaço para futuros assentamentos em Marte e na Lua.
Por que precisamos desses satélites
Mas por que ainda precisa de um satélite de comunicação quântica? Os satélites convencionais já existentes não são suficientes? O fato é que esses satélites não substituirão os habituais. O princípio da comunicação quântica é codificar e proteger os canais convencionais de transmissão de dados existentes. Com sua ajuda, por exemplo, a segurança já foi fornecida durante as eleições parlamentares de 2007 na Suíça.
O Battelle Memorial Institute, uma organização de pesquisa sem fins lucrativos, troca informações entre capítulos nos EUA (Ohio) e na Irlanda (Dublin) usando entrelaçamento quântico. Seu princípio é baseado no comportamento dos fótons - partículas elementares de luz. Com a ajuda deles, as informações são codificadas e enviadas ao destinatário. Teoricamente, mesmo a mais cuidadosa tentativa de interferência deixará uma marca. A chave quântica mudará imediatamente e uma tentativa de hacker terminará com um conjunto de caracteres sem sentido. Portanto, todos os dados que serão transmitidos por esses canais de comunicação não poderão ser interceptados ou copiados.
Satéliteajudará os cientistas a testar a distribuição de chaves entre as estações terrestres e o próprio satélite.
A comunicação quântica na China será implementada graças a cabos de fibra ótica com extensão total de 2 mil km e unindo 4 cidades de Xangai a Pequim. Séries de fótons não podem ser transmitidas indefinidamente, e quanto maior a distância entre as estações, maior a chance de que a informação seja corrompida.
Após uma certa distância, o sinal enfraquece e os cientistas precisam de uma maneira de atualizar o sinal a cada 100 km para manter a transmissão correta das informações. Nos cabos, isso é feito através de nós comprovados, onde a chave é analisada, copiada por novos fótons e segue em frente.
Um pouco de história
Em 1984, Brassard J. da Universidade de Montreal e Bennet C. da IBM sugeriram que os fótons poderiam ser usados na criptografia para obter um canal fundamental seguro. Eles propuseram um esquema simples para redistribuição quântica de chaves de criptografia, chamado BB84.
Este esquema usa um canal quântico através do qual a informação é transmitida entre dois usuários na forma de estados quânticos polarizados. Um hacker bisbilhoteiro pode tentar medir esses fótons, mas não pode fazê-lo, como mencionado acima, sem distorcê-los. Em 1989, no IBM Research Center, Brassard e Bennet criaram o primeiro sistema de criptografia quântica funcional do mundo.
O que uma óptica quânticasistema criptográfico (KOKS)
As principais características técnicas do COKS (taxa de erro, taxa de transferência de dados, etc.) são determinadas pelos parâmetros dos elementos formadores de canais que formam, transmitem e medem estados quânticos. Normalmente o COKS consiste em partes receptoras e transmissoras, que são conectadas por um canal de transmissão.
As fontes de radiação são divididas em 3 classes:
- lasers;
- microlasers;
- diodos emissores de luz.
Para a transmissão de sinais ópticos, os LEDs de fibra óptica são usados como meio, combinados em cabos de vários desenhos.
A natureza do sigilo da comunicação quântica
Passando de sinais em que a informação transmitida é codificada por pulsos com milhares de fótons para sinais em que, em média, há menos de um por pulso, entram em jogo as leis quânticas. É o uso dessas leis com a criptografia clássica que alcança o sigilo.
O Princípio da Incerteza de Heisenberg é usado em dispositivos criptográficos quânticos e, graças a ele, qualquer tentativa de alterar o sistema quântico faz alterações nele, e a formação resultante de tal medição é determinada pela parte receptora como falsa.
A criptografia quântica é 100% à prova de hacks?
Teoricamente sim, mas as soluções técnicas não são totalmente confiáveis. Os atacantes começaram a usar um feixe de laser, com o qual cegam os detectores quânticos, após o que param de responder apropriedades quânticas dos fótons. Às vezes, fontes de vários fótons são usadas, e os hackers podem pular uma delas e medir as idênticas.
