Квантовое шифрование, которое использует свет для передачи данных по всему миру — первый спутник с такой технологией запустят уже в 2025 году.
Представьте себе мир, где ваши конфиденциальные сообщения превращаются в частицы света и летят по орбите с помощью спутников. Так их невозможно перехватить и расшифровать даже сверхмощным квантовым компьютером, утверждают ученые.
В настоящее время технологии обмена сообщениями полагаются на математические, или криптографические, методы защиты данных, включая сквозное шифрование. Это используется в популярных мессенджерах, корпорациями, правительством и военными для защиты конфиденциальной информации от перехвата.
Шифрование работает, превращая данные или текст в бессмысленный набор символов с помощью алгоритма и ключа, известных только отправителю и получателю. Теоретически эти алгоритмы можно взломать, но они настолько сложны, что даже самым быстрым современным суперкомпьютерам потребуются миллионы лет для расшифровки.
Однако, квантовые компьютеры меняют правила игры. Ученые предсказывают, что когда-нибудь такие машины станут достаточно мощными, чтобы легко ломать алгоритмы шифрования. Все потому, что они могут обрабатывать экспоненциально больше вычислений параллельно (в зависимости от количества кубитов), в то время как классические компьютеры обрабатывают вычисления только последовательно.
Опасаясь, что квантовые компьютеры когда-нибудь сделают шифрование устаревшим, ученые предлагают новые технологии для защиты конфиденциальных коммуникаций. Одна из областей, известная как «квантовая криптография», предполагает создание систем, которые смогут защитить данные от компьютеров, взламывающих шифрование.
В отличие от классической криптографии, которая полагается на алгоритмы для преобразования данных и защиты их безопасности, квантовая криптография будет безопасной благодаря странным чудесам квантовой механики, как утверждает IBM.
Например, в статье, опубликованной 21 января в журнале Advanced Quantum Technologies, ученые описывают миссию под названием «Quick3», которая использует фотоны — частицы света — для передачи данных через разветвленную спутниковую сеть.
«Безопасность будет основана на кодировании информации в отдельные частицы света и последующей их передаче», — говорит Тобиас Фогль, профессор инженерных систем квантовой связи в Мюнхенском техническом университете и соавтор статьи. «Законы физики не позволяют извлечь или скопировать эту информацию».
Причина в том, что сам акт измерения квантовой системы изменяет ее состояние.
«Когда информация перехватывается, частицы света меняют свои характеристики, — добавляет он. — Поскольку мы можем измерить эти изменения состояния, любая попытка перехвата передаваемых данных будет немедленно распознана, независимо от будущих технологических достижений».
Однако проблема традиционной квантовой криптографии, основанной на Земле, заключается в передаче данных на большие расстояния — на сегодня максимум несколько сотен километров. Это связано с тем, что свет рассеивается при распространении, и нет простого способа копировать или усиливать световые сигналы через оптоволоконные кабели.
Ученые также экспериментировали с хранением ключей шифрования в запутанных частицах, что означает, что данные внутренне разделены между двумя частицами в пространстве и времени, независимо от расстояния между ними. Например, в 2020 году был продемонстрирован «квантовый распределенный ключ» между двумя наземными станциями на расстоянии 1120 км.
Когда речь заходит о передаче фотонов, на высотах выше 10 километров атмосфера настолько разрежена, что свет не рассеивается и не поглощается, поэтому сигналы можно распространять на большие расстояния.
Миссия Quick3 будет включать в себя всю систему для передачи данных, включая компоненты, необходимые для строительства спутников. Команда уже протестировала каждый компонент на Земле. Следующим шагом станет испытание системы в космосе — запуск спутника запланирован на 2025 год.
Вероятно, для полноценной работающей системы квантовой связи потребуются сотни, а может быть, даже тысячи спутников, отмечает команда.
Читайте также: Квантового мира не существует
