Kinijos palydovas naudoja kvantinę kriptografiją saugiai vaizdo konferencijai tarp žemynų

Kvantinė kriptografija leidžia palaikyti ryšį, kuris garantuojamas dėl fizikos dėsnių. Ir tai darosi vis svarbesnė.

Fizikai jau seniai žinojo, kad kvantiniai kompiuteriai galės sulaužyti beveik visas kitas kriptografijos rūšis. Kadangi šie įrenginiai tampa vis labiau pajėgūs, užrašas yra ant sienos įprastiniam šifravimui. Taigi komercinės įmonės, vyriausybės ir kariuomenė užgniaužę kvapą laukia, kol bus sukurtos praktinės kvantinės kriptografijos sistemos.

Tačiau yra problema. Kvantinė kriptografija remiasi atskirais fotonais, kad perneštų kvantinę informaciją. Tačiau net geriausi optiniai pluoštai gali nešti šiuos fotonus tik tiek toli – apie 200 kilometrų –, kol dėl šviesos sugerties procesas tampa neįmanomas. Taigi kvantinė kriptografija niekada neveikė daug didesniais atstumais.

Šiandien tai pasikeitė, nes 2016 m. paleistas išskirtinis Kinijos palydovas. Palydovas „Micius“ per metus maždaug nuo tada, kai pradėjo veikti, pasiekė daugybę etapų. Praėjusią vasarą jis teleportavo pirmąjį objektą iš Žemės į orbitą – vieną fotoną.

Dabar palydovas sukūrė pirmąją tarpžemyninę kvantinės kriptografijos paslaugą. Tyrėjai išbandė sistemą sukurdami saugią vaizdo konferenciją tarp Europos ir Kinijos. Pirmą kartą šios vaizdo konferencijos saugumą garantavo fizikos dėsniai.

Metodas yra paprastas. Kvantinė kriptografija remiasi tuo, kas vadinama vienkartine trinkelėmis, užtikrinančia privatumą. Tai yra atsitiktinių skaičių rinkinys – raktas, kurį dvi šalys gali naudoti pranešimui užkoduoti ir iššifruoti.

Tradiciškai vienkartinių trinkelių problema yra užtikrinti, kad juos turėtų tik siųstuvas ir imtuvas. Kaip abi šalys gali būti tikri, kad joks pasiklausytojas nenukopijavo rakto, kol jis platinamas?

Ši problema puikiai išspręsta siunčiant raktą naudojant kvantines daleles, tokias kaip fotonai, nes visada galima pasakyti, ar kvantinė dalelė buvo pastebėta anksčiau. Jei taip, raktas paliekamas ir siunčiamas kitas, kol abi šalys įsitikins, kad turi nepastebėtą vienkartinį bloknotą.

Tai yra kvantinio rakto paskirstymas – esminis kvantinės kriptografijos procesas. Kai abi šalys turi raktą – vienkartinį bloknotą – jie gali bendrauti įprastais klasikiniais kanalais ir puikiai apsaugo.

Palydovas Micius tiesiog platina šį raktą iš orbitos. Kadangi palydovas yra sinchroninėje saulės orbitoje virš ašigalių, kiekvieną dieną maždaug tuo pačiu vietos laiku jis praskrieja per visas Žemės paviršiaus dalis.

Taigi, kai palydovas yra virš Kinijos antžeminės stoties Xinglong mieste, Kinijos šiaurinėje Hebėjaus provincijoje, jis siunčia vienkartinį padėklą į žemę, užkoduotą atskirais fotonais, naudodamas nusistovėjusį protokolą. Kai Žemė sukasi po palydovu ir matosi antžeminė stotis Grace Austrijoje, Micius siunčia tą patį vienkartinį bloknotą į ten esantį imtuvą.

Tada abi vietos turi tą patį raktą, leidžiantį pradėti visiškai saugų ryšį per klasikinį ryšį.

Tačiau eksperimentas žengia dar vieną žingsnį toliau. Tikslas buvo surengti vaizdo konferenciją tarp Kinijos mokslų akademijos Pekine ir Austrijos mokslų akademijos Vienoje, todėl raktas turi būti saugiai paskirstytas abiem šioms vietoms. Tam komandos naudoja antžeminį kvantinį ryšį per optinius pluoštus.

Galiausiai jie sukūrė vaizdo ryšį, apsaugotą išplėstinio šifravimo standarto (AES), kuris kas sekundę atnaujinamas 128 bitų pradiniais kodais. Rugsėjo mėnesį jie surengė novatorišką vaizdo konferenciją, kuri truko 75 minutes, o bendras duomenų perdavimas siekė maždaug du gigabaitus.

Mes pademonstravome tarpžemyninį kvantinį ryšį tarp kelių Žemės vietų, kurių maksimalus atstumas yra 7600 kilometrų, teigia komandos, kurioms vadovauja Antonas Zeilingeris iš Vienos universiteto ir Jian-Wei Pan iš Kinijos mokslo ir technologijų universiteto. Hefėjus, Kinija.

Yra keletas galimų sistemos trūkumų, kuriuos reikia išspręsti ateityje. Galbūt svarbiausia yra tai, kad palydovas laikomas saugiu per tą laiką, kurio reikia dviem antžeminėms stotims sujungti. Tai gali būti tiesa – kas galėtų nulaužti orbitoje skriejantį palydovą? – tačiau tokio saugumo negarantuoja fizikos dėsniai. Tačiau komandos teigia, kad tai gali būti sprendžiama būsimuose projektuose naudojant kvantinę relę nuo galo iki galo.

Kad ir kokie būtų trūkumai, tai įspūdingas darbas. Tai saugaus bendravimo pasauliniu mastu principo įrodymas. Zeilinger, Jian-Wei ir jų kolegos teigia, kad mūsų darbas nukreiptas į veiksmingą sprendimą dėl itin tolimojo pasaulinio kvantinio tinklo, kuris padėtų pamatus ateities kvantiniam internetui.

Daugelis vyriausybių, karinių operatorių ir komercinių įmonių trokšta panašių galimybių. Taigi tikrai neilgai trukus komercinės Micius palydovo versijos parduos tokį saugų ryšį visame pasaulyje. Kinijai pirmaujant.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1801.04418 : palydovinės transliacijos tarpžemyninis kvantinis tinklas

paslėpti