211service.com
Jauns kvantu kriptogrāfijas rekords
Eiropas zinātnieki ir pārspējuši attāluma rekordu kvantu informācijas sūtīšanā no vienas vietas uz otru, paverot ceļu sistēmai, kas balstās uz fizikas likumiem, lai nodrošinātu sakarus, kurus nevar izmantot. Ja viņi varēs nedaudz paplašināt sava signāla sasniedzamību, viņi varēs izmantot satelītus, lai nosūtītu pilnīgi drošus datus visā pasaulē.
Tāls zvans: Sapinušies fotoni tika nosūtīti 144 kilometrus no gaismas avota La Palmā uz uztvērēju Tenerifē (augšpusē), kas atrodas vietējā observatorijā (apakšā).
Komanda izmantoja kvantu mehānikas principus, lai izveidotu šifrēšanas atslēgu divās vietās vienlaicīgi: vienu laboratorijā La Palmā, Kanāriju salās, un otru observatorijā kaimiņu salā Tenerife, kas atrodas 144 kilometru attālumā. Šādu šifrēšanas atslēgu var izmantot, lai kodētu datus, kurus var atšifrēt tikai sūtītājs un saņēmējs.
Mēs vēlamies redzēt, vai vispār ir iespējams izveidot vispasaules kvantu komunikāciju, vispasaules kvantu kriptogrāfiju, saka Antons Zeilingers , fizikas profesors Vīnes universitātes Eksperimentālās fizikas institūtā, Austrijā. Viņa komanda kopā ar komandu, kuru vada Haralds Veinfurters no Maksa Planka Kvantu optikas institūts , Garchingā, Vācijā, savus rezultātus publicēja tiešsaistē 3. jūnijā žurnālā Dabas fizika .
Lai izveidotu atslēgu, komandai vispirms bija jāizveido sapinušies fotonu pāri. Sapīšanās, ko Alberts Einšteins sauca par spokainu darbību no attāluma, nozīmē, ka viena fotona liktenis ir saistīts ar otra fotona likteni. Jebkuras viena fotona kvantu mehāniskās īpašības mērīšana automātiski maina šo pašu īpašību tā sapinušajā partnerā neatkarīgi no attāluma starp tiem.
Šajā gadījumā komanda izmērīja polarizāciju. Gaisma var būt polarizēta jebkurā virzienā; tas ir mērs, kādā virzienā gaismas viļņi svārstās, piemēram, horizontāli vai vertikāli. Pētnieki izveidoja sapinušies fotonu pāri, izšaujot jaudīgu lāzera staru caur kristālu. Katram fotonam, kas iegāja, iznāca divi vājāki, sapinušies fotoni. Pētnieki atlēca pusi no katra pāra no spoguļa uz vietējo gaismas detektoru La Palmā. Viņi nosūtīja otru fotonu caur objektīvu un pāri ūdenim, kur Tenerifes teleskops to notvēra un nosūtīja uz otru gaismas detektoru.
Man ir šie divi fotoni, un, ja es izmēru tos abos galos un es viņiem jautāju: 'Vai jūs esat horizontāli vai vertikāli polarizēti?' — bināra izvēle, tie sniegs nejaušu atbildi, saka Zeilingers. Bet sapīšanās dēļ abi sniegs vienu un to pašu atbildi. Abās pusēs jūs saņemat nulli vai abās pusēs saņemat vienu.
Katru reizi, kad detektori reģistrēja fotonu un izmēra tā polarizāciju, tas tika skaitīts kā bits. Fotons, kas polarizēts vienā virzienā, bija viens, un fotons, kas polarizēts pretējā virzienā, bija nulle. Pievienojiet pietiekami daudz bitu, un jūs iegūsit šifrēšanas atslēgu. Un nav iespējams nozagt šo atslēgu, ja lietotāji par to nezina. Ja kāds pārtvertu lidojošos fotonus, viņš varētu tos izmērīt pats un pēc tam nosūtīt tos uztvērējam. Bet to mērīšana mainītu to kvantu mehāniskās īpašības, tāpēc viņš nekavējoties tiktu atklāts.
Mūsdienās izmantotās šifrēšanas atslēgas balstās uz pārliecību, ka ir nepieciešami milzīgi skaitļošanas resursi, lai tās izjauktu, saka Džefrijs Šapiro , no MIT Optisko un kvantu sakaru grupa . Bet, ja kāds izgudro daudz jaudīgāku kvantu datoru, šī priekšrocība tiktu zaudēta. Turklāt nejaušās skaitļu secības, kas ģenerētas, lai izveidotu mūsdienu šifrēšanas atslēgas, nav īsti nejaušas. Tos ģenerē matemātiskas operācijas, un viedais koda pārtraucējs varētu izdomāt algoritmu, kas tiek izmantots to ģenerēšanai. Savukārt kvantu biti ir pilnīgi neparedzami, tāpēc uz tiem balstītajām atslēgām jābūt nesalaužamām. Tas ir pievilcīgi uzņēmumiem, kuri vēlas droši sūtīt finanšu datus, kā arī valdībām, kurām ir visa veida sensitīva saziņa. Mēs visi zinām, ka datu drošība mūsdienās ir viens no būtiskākajiem jautājumiem, saka Zeilingers.
Manuprāt, tas ir brīnišķīgs darbs, Šapiro saka par Eiropas grupas dokumentu. Iespaidīgākais ir tas, ka viņi to ir paveikuši tik lielā attālumā.
Labākais, ko pētnieki iepriekš bija paveikuši, bija atklāt sapinušos fotonus aptuveni 10 kilometru attālumā. Lai to uzlabotu, Zeilingera komanda pārgāja uz lāzeru, kas izstaro gaismu impulsos, nevis nepārtrauktā starā. Impulsu lāzera atkārtošanās ātrums ir tikai 249 megaherci, kas ir daudz lēnāks nekā 10 gigahercu lāzeriem, ko parasti izmanto optisko sakaru tīklos, kas ierobežo, cik daudz signāla var nosūtīt noteiktā laika periodā. Pulsējošais lāzers arī nav tik labs kā nepārtrauktais, lai radītu sapīšanu. Bet tas ir tuvu, un tas deva komandas locekļiem daudz lielāku kontroli pār to, kad viņi ražoja fotonus, kas viņiem palīdzēja atdalīt vajadzīgos fotonus no detektora izkliedētās gaismas, lai viņi varētu uzticamāk nolasīt signālu. Pētniekiem bija arī jārisina atmosfēras turbulence, kas izkropļo fotonu ceļu. Viņi izmantoja automatizētu sistēmu, kas nepārtraukti pielāgoja teleskopa novietojumu, lai par to rūpētos, lai gan gaismas stars joprojām nedaudz klīda pāri detektoram.
Zeilingers saka, ka cerība ir pietiekami uzlabot lāzerus un detektorus, lai šādas brīvas telpas saites darbotos starp zemes stacijām un satelītiem, lai šifrēšanas atslēgas varētu nosūtīt no jebkuras vietas uz Zemes uz jebkuru citu. Tā kā lielākā daļa sakaru satelītu riņķo 300 līdz 500 kilometru augstumā, ar mūsu 144 kilometriem mēs tur nonākam, viņš saka.
Tas, ka komanda šo attālumu veica brīvā vietā, noteikti ir ļoti nozīmīgs, saka Prem Kumar , direktors Fotoniskās komunikācijas un skaitļošanas centrs Ziemeļrietumu universitātē. Viņš saka, ka viņš ir nosūtījis sapinušos fotonus pa optisko šķiedru, kas ir piemērots nelieliem attālumiem. Bet, tā kā šķiedra absorbē fotonus, tas nav praktiski vairāk nekā 100 līdz 200 kilometru attālumā, kas neļautu izplatīties visā pasaulē.
Pētnieki ir daļa no Eiropas konsorcija, kurā ir aptuveni 20 grupas, ko sauc par SECOQC, kas strādā pie drošiem sakariem, kuru pamatā ir kvantu kriptogrāfija. Konsorcija mērķis ir kaut kad nākamgad pārbaudīt drošu sistēmu Eiropā.