211service.com
Naujas kvantinės kriptografijos rekordas
Europos mokslininkai sumušė kvantinės informacijos siuntimo iš vienos vietos į kitą atstumo rekordą, atverdami kelią sistemai, kuri remiasi fizikos dėsniais, kad užtikrintų ryšį, kurio negalima išgirsti. Jei jie galės šiek tiek išplėsti savo signalo pasiekiamumą, jie galės naudoti palydovus, kad galėtų siųsti visiškai saugius duomenis visame pasaulyje.
Didelio atstumo skambutis: Įsipainioję fotonai buvo nusiųsti 144 kilometrų atstumu nuo šviesos šaltinio La Palmoje į imtuvą Tenerifėje (viršuje), esantį vietinėje observatorijoje (apačioje).
Komanda naudojo kvantinės mechanikos principus, kad sukurtų šifravimo raktą dviejose vietose vienu metu: vienoje laboratorijoje La Palmoje, Kanarų salose, ir antroje observatorijoje kaimyninėje Tenerifės saloje, esančioje už 144 kilometrų. Tokiu šifravimo raktu galima užkoduoti duomenis, kuriuos gali iškoduoti tik siuntėjas ir gavėjas.
Mes norime pamatyti, ar apskritai įmanoma sukurti pasaulinį kvantinį ryšį, pasaulinę kvantinę kriptografiją, sako Antonas Zeilingeris , Vienos universiteto (Austrija) Eksperimentinės fizikos instituto fizikos profesorius. Jo komanda kartu su komanda, kuriai vadovauja Haraldas Weinfurteris iš Maxo Plancko kvantinės optikos institutas , Garching mieste, Vokietijoje, birželio 3 d. internete paskelbė savo rezultatus žurnale Gamtos fizika .
Norėdami sukurti raktą, komanda pirmiausia turėjo sukurti susipynusių fotonų poras. Įsipainiojimas, kurį Albertas Einšteinas pavadino baisu veiksmu per atstumą, reiškia, kad vieno fotono likimas yra susietas su kito fotono likimu. Išmatuojant bet kokią kvantinę mechaninę vieno fotono savybę, ta pati įsipainiojusio partnerio savybė automatiškai pasikeičia, nesvarbu, koks atstumas tarp jų.
Šiuo atveju komanda išmatavo poliarizaciją. Šviesa gali būti poliarizuota bet kuria kryptimi; tai matas, kuria kryptimi šviesos bangos svyruoja, pavyzdžiui, horizontaliai ar vertikaliai. Tyrėjai sukūrė įsipainiojusias fotonų poras, iššaudydami galingą lazerio spindulį per kristalą. Kiekvienam patekusiam fotonui išėjo du silpnesni, įsipainioję fotonai. Tyrėjai atmušė pusę kiekvienos poros nuo veidrodžio į vietinį šviesos detektorių La Palmoje. Jie nusiuntė kitą fotoną per objektyvą ir per vandenį, kur Tenerifėje esantis teleskopas jį sugavo ir nusiuntė į antrą šviesos detektorių.
Aš turiu šiuos du fotonus ir, jei išmatuosiu juos abiejuose galuose ir paklausiu: „Ar jūs poliarizuotas horizontaliai ar vertikaliai?“ – dvejetainis pasirinkimas – jie pateiks atsitiktinį atsakymą, sako Zeilingeris. Tačiau dėl susipynimo abu atsakys tą patį. Iš abiejų pusių gausite nulį arba iš abiejų pusių - po vienetą.
Kiekvieną kartą, kai detektoriai užregistravo fotoną ir išmatavo jo poliarizaciją, tai buvo skaičiuojama kaip bitas. Fotonas, poliarizuotas viena kryptimi, buvo vienas, o priešinga kryptimi poliarizuotas - nulis. Sudėkite pakankamai bitų ir gausite šifravimo raktą. Ir neįmanoma pavogti šio rakto, vartotojams apie tai nežinant. Jei kas nors sulaikytų skraidančius fotonus, jis galėtų juos išmatuoti pats ir nusiųsti į imtuvą. Tačiau jų matavimas pakeistų jų kvantines mechanines savybes, todėl jis būtų nedelsiant atskleistas.
Šiandien naudojami šifravimo raktai remiasi įsitikinimu, kad norint juos sugadinti, reikia didžiulių skaičiavimo išteklių, sakoma Džefris Šapiro , MIT Optinių ir kvantinių ryšių grupė . Bet jei kas nors išrastų daug galingesnį kvantinį kompiuterį, šis pranašumas būtų prarastas. Be to, atsitiktinės skaičių sekos, sugeneruotos siekiant sukurti šiandieninius šifravimo raktus, nėra tikrai atsitiktinės. Jie generuojami matematinėmis operacijomis, o išmanusis kodo pertraukiklis gali išsiaiškinti, koks algoritmas naudojamas joms generuoti. Kita vertus, kvantiniai bitai yra visiškai nenuspėjami, todėl jais pagrįsti raktai turėtų būti nepalaužiami. Tai patrauklu įmonėms, norinčioms saugiai siųsti finansinius duomenis, taip pat vyriausybei, kurios turi įvairių slaptų ryšių. Visi žinome, kad duomenų saugumas yra viena iš esminių šių dienų problemų, sako Zeilingeris.
Manau, kad tai nuostabus darbas, sako Shapiro apie Europos grupės dokumentą. Įspūdingiausias dalykas yra tai, kad jie tai padarė per tokį ilgą atstumą.
Geriausia, ką anksčiau mokslininkai padarė, buvo aptikti įsipainiojusius fotonus maždaug 10 kilometrų atstumu. Norėdami tai pagerinti, Zeilingerio komanda perėjo prie lazerio, kuris skleidžia šviesą impulsais, o ne nuolatiniu spinduliu. Impulsinio lazerio pasikartojimo dažnis yra tik 249 megahercai – daug lėtesnis nei 10 gigahercų lazerių, dažniausiai naudojamų optinių ryšių tinkluose, o tai riboja, kiek signalo galima išsiųsti per tam tikrą laikotarpį. Impulsinis lazeris taip pat nėra toks geras kaip nuolatinis lazeris, sukuriantis įsipainiojimą. Tačiau jis yra arti ir komandos nariams suteikė daug daugiau galimybių kontroliuoti, kada jie gamina fotonus, o tai padėjo jiems atskirti norimus fotonus nuo detektoriaus išsklaidytos šviesos, kad jie galėtų patikimiau nuskaityti signalą. Tyrėjai taip pat turėjo susidurti su atmosferos turbulencija, kuri iškreipia fotonų kelią. Jie naudojo automatizuotą sistemą, kuri nuolat reguliavo teleskopo išlyginimą, nors šviesos spindulys vis tiek šiek tiek klaidžiojo per detektorių.
Zeilingerio teigimu, viltis yra pakankamai patobulinti lazerius ir detektorius, kad tokie laisvos erdvės ryšiai veiktų tarp antžeminių stočių ir palydovų, kad šifravimo raktus būtų galima siųsti iš bet kurios Žemės vietos į bet kurią kitą. Kadangi dauguma ryšių palydovų skrieja 300–500 kilometrų aukštyje, su mūsų 144 kilometrais, mes ten pasiekiame, sako jis.
Tai, kad komanda tą atstumą įveikė laisvoje erdvėje, tikrai yra labai reikšminga, sako Prem Kumaras , direktorius Fotoninės komunikacijos ir skaičiavimo centras Šiaurės Vakarų universitete. Jis išsiuntė įsipainiojusius fotonus per optinį pluoštą, kuris tinka trumpiems atstumams, sako jis. Tačiau kadangi pluoštas sugeria fotonus, tai nepraktiška nuvažiuoti daugiau nei 100–200 kilometrų, o tai neleistų paskirstyti visame pasaulyje.
Tyrėjai priklauso Europos konsorciumui, kurį sudaro apie 20 grupių, vadinamų SECOQC, kurie dirba su saugiu ryšiu, pagrįstu kvantine kriptografija. Konsorciumas ketina kitąmet išbandyti saugią sistemą Europoje.