Kvantfüüsika pakub täiesti uut viisi teabe kaitsmiseks. Miks seda vaja on, kas turvalist sidekanalit pole praegu võimalik rajada? Muidugi sa suudad. Kuid kvantarvutid on juba loodud ja hetkel, kui need muutuvad üldlevinud, on kaasaegsed krüpteerimisalgoritmid kasutud, kuna need võimsad arvutid suudavad need murda sekundiga. Kvantside võimaldab krüpteerida teavet footonite – elementaarosakeste abil.
Sellised arvutid, olles saanud juurdepääsu kvantkanalile, muudavad ühel või teisel viisil footonite tegelikku olekut. Ja teabe hankimine rikub seda. Infoedastuskiirus on loomulikult väiksem kui teiste praegu olemasolevate kanalitega, näiteks telefoniside puhul. Kuid kvantsuhtlus tagab palju suurema salastatuse. See on muidugi väga suur pluss. Eriti tänapäeva maailmas, kus küberkuritegevus kasvab iga päevaga.
Kvantkommunikatsioon mannekeenidele
Kui tuviposti tõrjus välja telegraaf, tõrjus telegraafi omakorda välja raadio. Tänaseks pole see muidugi kuhugi kadunud, küll aga on ilmunud muud kaasaegsed tehnoloogiad. Veel kümme aastat tagasi ei olnud Internet nii lai alt levinud kui praegu ja sellele oli üsna raske ligi pääseda – tuli käia internetiklubides, ostma väga kalleid kaarte jne. Tänapäeval me ei ela tund ilma Internetita ja ootame 5G-d.
Kuid järgmine uus sidestandard ei lahenda probleeme, millega praegu silmitsi seisavad Interneti kaudu toimuva andmevahetuse korraldamine, andmete vastuvõtmine satelliitidelt teiste planeetide asulates jne. Kõik need andmed peavad olema turvaliselt kaitstud. Ja seda saab korraldada niinimetatud kvantpõimumise abil.
Mis on kvantside? "Mannekeenide" jaoks seletatakse seda nähtust erinevate kvantkarakteristikute seosena. See säilib isegi siis, kui osakesed on üksteisest suure vahemaaga eraldatud. Kvantpõimumise abil krüptitud ja edastatud võti ei anna kräkkeritele, kes üritavad seda kinni püüda, väärtuslikku teavet. Nad saavad ainult muid numbreid, kuna süsteemi olek välise sekkumise korral muutub.
Aga ülemaailmset andmeedastussüsteemi luua ei õnnestunud, sest mõnekümne kilomeetri pärast signaal hääbus. 2016. aastal orbiidile saadetud satelliit aitab rakendada kvantvõtmeedastusskeemi enam kui 7000 km kaugusel.
Esimesed edukad katsed uut ühendust kasutada
Esimene kvantkrüptograafia protokoll saadi 1984. aastald) Tänapäeval kasutatakse seda tehnoloogiat eduk alt pangandussektoris. Tuntud ettevõtted pakuvad enda loodud krüptosüsteeme.
Kvantsideliin viiakse läbi standardse fiiberoptilise kaabli abil. Venemaal rajati esimene turvaline kanal Gazprombanki filiaalide vahele Novje Tšerjomuškis ja Korovy Valis. Kogupikkus on 30,6 km, võtme edastamisel esineb vigu, kuid nende protsent on minimaalne - ainult 5%.
Hiina saatis orbiidile kvantsidesatelliidi
Maailma esimene selline satelliit lasti orbiidile Hiinas. Rakett Long March-2D lasti välja 16. augustil 2016 Jiu Quani stardipaigast. 600 kg kaaluv satelliit lendab 2 aastat päikesega sünkroonsel orbiidil 310 miili (või 500 km) kõrgusel programmi "Kvantkatsed kosmilisel skaalal" raames. Seadme pöördeperiood ümber Maa on poolteist tundi.
Kvantsidesatelliit kannab nime Micius või "Mo-Tzu" filosoofi järgi, kes elas 5. sajandil pKr. ja nagu tavaliselt arvatakse, esimene, kes viis läbi optilisi katseid. Teadlased hakkavad uurima kvantpõimumise mehhanismi ja viima läbi kvantteleportatsiooni satelliidi ja Tiibeti labori vahel.
Viimane edastab osakese kvantseisundi etteantud kaugusele. Selle protsessi rakendamiseks on vaja paari üksteisest kaugel asuvaid takerdunud (teisisõnu seotud) osakesi. Kvantfüüsika järgi suudavad nad tabada infot partneri seisundi kohta isegi siis, kui nad on üksteisest kaugel. See tähendab, et saate pakkudamõju osakesele, mis on sügavas kosmoses, mõjutades selle partnerit, kes on laboris lähedal.
Satelliit loob kaks takerdunud footoni ja saadab need Maale. Kui kogemus on edukas, tähistab see uue ajastu algust. Kümned sellised satelliidid ei suuda mitte ainult pakkuda kõikjal kvantinterneti, vaid ka kvantkommunikatsiooni kosmoses tulevaste asulate jaoks Marsil ja Kuul.
Miks meil selliseid satelliite vaja on
Aga milleks on üldse vaja kvantsidesatelliiti? Kas juba olemasolevatest tavapärastest satelliitidest ei piisa? Fakt on see, et need satelliidid ei asenda tavalisi satelliite. Kvantkommunikatsiooni põhimõte on olemasolevate tavapäraste andmeedastuskanalite kodeerimine ja kaitsmine. Tema abiga tagati näiteks turvalisus juba 2007. aasta parlamendivalimiste ajal Šveitsis.
Mittetulunduslik uurimisorganisatsioon Battelle Memorial Institute vahetab teavet USA (Ohio) ja Iirimaa (Dublin) peatükkide vahel, kasutades kvantpõimumist. Selle põhimõte põhineb footonite – valguse elementaarosakeste – käitumisel. Nende abiga teave kodeeritakse ja saadetakse adressaadile. Teoreetiliselt jätab jälje ka kõige ettevaatlikum sekkumiskatse. Kvantvõti muutub kohe ja häkkeri katse lõpetab mõttetu märgistikuga. Seetõttu ei saa kõiki nende sidekanalite kaudu edastatavaid andmeid pe alt kuulata ega kopeerida.
Satelliitaitab teadlastel testida võtmete jaotust maapealsete jaamade ja satelliidi enda vahel.
Kvantkommunikatsioon Hiinas rakendub tänu fiiberoptilistele kaablitele kogupikkusega 2 tuhat km ja mis ühendavad 4 linna Shanghaist Pekingini. Footonite seeriaid ei saa lõputult edastada ja mida suurem on jaamadevaheline kaugus, seda suurem on võimalus, et teave rikutakse.
Teatud vahemaa järel signaal tuhmub ja teadlastel on teabe õige edastamise tagamiseks vaja signaali iga 100 km järel värskendada. Kaablites saavutatakse see tõestatud sõlmede kaudu, kus võtit analüüsitakse, kopeeritakse uute footonitega ja liigutakse edasi.
Natuke ajalugu
1984. aastal soovitasid Brassard J. Montreali ülikoolist ja Bennet C. IBM-ist, et footoneid saab kasutada krüptograafias turvalise põhikanali saamiseks. Nad pakkusid välja lihtsa skeemi krüpteerimisvõtmete kvantide ümberjaotamiseks, mida nimetati BB84.
See skeem kasutab kvantkanalit, mille kaudu edastatakse infot kahe kasutaja vahel polariseeritud kvantolekute kujul. Pe altkuulaja häkker võib proovida neid footoneid mõõta, kuid ta ei saa seda teha, nagu eespool mainitud, ilma neid moonutamata. 1989. aastal lõid Brassard ja Bennet IBMi uurimiskeskuses maailma esimese toimiva kvantkrüptograafilise süsteemi.
Mida teeb kvantoptilinekrüptograafiline süsteem (KOKS)
COKS-i peamised tehnilised omadused (veasagedus, andmeedastuskiirus jne) määratakse kvantseisundeid moodustavate, edastavate ja mõõtvate kanalit moodustavate elementide parameetritega. Tavaliselt koosneb COKS vastuvõtvatest ja edastavatest osadest, mis on ühendatud edastuskanaliga.
Kiirgusallikad jagunevad 3 klassi:
- laserid;
- mikrolaserid;
- valgusdioodid.
Optiliste signaalide edastamiseks kasutatakse meediumina fiiberoptilisi LED-e, mis on kombineeritud erineva konstruktsiooniga kaablites.
Kvantsidesaladuse olemus
Alates signaalidest, milles edastatavat teavet kodeerivad tuhandete footonitega impulsid, kuni signaalideni, mille puhul on impulsi kohta keskmiselt vähem kui üks, hakkavad mängu kvantseadused. Nende seaduste kasutamine klassikalise krüptograafiaga tagab salastatuse.
Heisenbergi määramatuse põhimõtet kasutatakse kvantkrüptograafilistes seadmetes ja tänu sellele teevad kõik katsed kvantsüsteemi muuta selles ning sellisest mõõtmisest tuleneva moodustumise määrab vastuvõttev osapool vääraks.
Kas kvantkrüptograafia on 100% häkkimiskindel?
Teoreetiliselt jah, kuid tehnilised lahendused pole täiesti töökindlad. Ründajad hakkasid kasutama laserkiirt, millega pimestasid kvantdetektorid, misjärel nad lakkavad reageerimast.footonite kvantomadused. Mõnikord kasutatakse mitme fotoni allikaid ja häkkerid võivad neist ühe vahele jätta ja mõõta identseid.
