Paul Sparks
0 
5055
1485
China dispune de tehnologia cuantică pentru a cripta perfect semnalele utile pe distanțe mult mai mari decât oricine a realizat vreodată, care se întinde pe Europa și Asia, potrivit unei uimitoare nouă scrisoare de cercetare.
Biți de informații sau semnale trec prin casele oamenilor, cerul deasupra și carnea corpurilor umane în fiecare secundă din fiecare zi. Sunt semnale de televiziune și radio, precum și apeluri telefonice private și fișiere de date.
Unele dintre aceste semnale sunt publice, dar majoritatea sunt private - criptate cu șiruri lungi de numere cunoscute (probabil) doar expeditorilor și receptorilor. Aceste chei sunt suficient de puternice pentru a păstra secretele societății moderne: mesaje text flirt, numere de cont bancar și parole pentru baze de date ascunse. Dar sunt fragile. O persoană suficient de determinată, care deține un computer suficient de puternic, le-ar putea sparge.
"Istoric, fiecare avans în criptografie a fost învins de progresele tehnologiei de fisurare", a scris într-un e-mail un Jian-Wei Pan, cercetător la Universitatea de Știință și Tehnologie din China. "Distribuția cheilor cuantice se încheie cu această luptă."
Tastele cuantice sunt șiruri lungi de numere - taste pentru deschiderea fișierelor criptate la fel ca cele utilizate în computerele moderne - dar sunt codificate în stările fizice ale particulelor cuantice. Asta înseamnă că sunt protejate nu numai de limitele calculatoarelor, ci de legile fizicii.
Cheile cuantice nu pot fi copiate. Acestea pot cripta transmisii între computerele clasice. Și nimeni nu le poate fura - o lege a mecanicii cuantice prevede că, odată ce o particulă subatomică este observată, poof, ea este modificată - fără a avertiza expeditorul și receptorul la trucul murdar. [Ce e aia? Întrebările dvs. de fizică răspuns ”
Și acum, potrivit unei noi scrisori care urmează să fie publicată astăzi (19 ianuarie) în revista Physical Review Letters, tastele cuantice pot călători prin satelit, criptând mesajele trimise între orașe la mii de kilometri una de alta.
Cercetătorii cu imagini criptate cuantice, codificându-le ca șiruri de numere bazate pe stările cuantice de fotoni și le-au trimis pe distanțe de până la 4.722 mile (7.600 kilometri) între Beijing și Viena - spulberând recordul anterior de 251 mile (404 km) , stabilit și în China. Apoi, pentru o bună măsură, pe 29 septembrie 2017, au organizat o videoconferință de 75 de minute între cercetătorii din cele două orașe, criptate de asemenea prin cheie cuantică. (Această videoconferință a fost anunțată anterior, dar detaliile complete ale experimentului au fost raportate în această nouă scrisoare.)
Satelitul
Această distribuție cu cheie cuantică pe distanțe lungi este încă o realizare a satelitului chinez Micius, care a fost responsabil de spargerea mai multor înregistrări cu rețele cuantice în 2017. Micius este un releu și un detector puternic de fotoni. Lansat pe orbita terestră scăzută în 2016, își folosește laserele și detectoarele fine pentru a trimite și primi pachete de informații cuantice - practic, informații despre starea cuantică a unui foton - pe întinderi vaste de spațiu și atmosferă..
"Micius este cea mai strălucitoare stea din cer când trece peste stație", a scris Pan. "Steaua este la fel de verde ca laserul de baliză [pe care Micius îl folosește pentru a viza fotonii la sol]. Dacă există un pic de praf în aer, veți vedea [de asemenea] o linie de lumină roșie îndreptată către satelit. Fără sunet. vine din spațiu. Poate sunt unele ridicate de mișcarea stației de la sol. "
Cam de fiecare dată când Micius face ceva, aruncă înregistrările anterioare din apă. Acest lucru se datorează faptului că rețelele cuantice anterioare s-au bazat pe trecerea fotonilor pe pământ, folosind aerul dintre clădiri sau cabluri cu fibră optică. Și există limite la linia de vedere pe sol sau cât de departe un cablu cu fibră optică va transfera un foton fără a-l pierde.
În iunie 2017, cercetătorii Micius au anunțat că au trimis doi fotoni „încurcați” la stațiile de la sol la 745 de mile (1.200 km) distanță. (Când o pereche de fotoni se împletesc, se afectează reciproc, chiar și atunci când sunt despărțiți de distanțe mari.) O lună mai târziu, în iulie, au anunțat că au teleportat un pachet de informații cuantice de 8400 mile (1.400 km) de Tibet în orbită, ceea ce înseamnă că starea cuantică a unei particule fusese trasă direct de la o particulă de pe pământ la gemenul ei din spațiu.
Ambele realizări au fost pași majori pe drumul către rețelele criptate cu cheie cuantice din lumea reală.
Noua scrisoare anunță că teoria a fost pusă în acțiune.
Micius a criptat mai întâi două fotografii, o mică imagine a satelitului Micius însuși, apoi o fotografie a fizicianului cuantic timpuriu Erwin Schrödinger. Apoi a criptat acel apel video lung. Niciun act similar de distribuție a cheilor cuantice nu a fost realizat vreodată pe parcursul acestui tip de distanță.
Deja, a spus Pan, Micius este gata de utilizare pentru a cripta informații mai importante.
Cum funcționează o cheie cuantică?
Distribuția cu cheie cuantică este în esență o aplicație creativă a așa-numitului principiu de incertitudine al lui Heisenberg, unul dintre principiile fundamentale ale mecanicii cuantice. După cum a raportat anterior, principiul incertitudinii afirmă că este imposibil să cunoaștem pe deplin starea cuantică a unei particule - și, în mod crucial, că, în respectarea unei părți a acelei stări, un detector șterge pentru totdeauna celelalte informații relevante pe care le conține particula..
Acest principiu se dovedește a fi foarte util pentru codificarea informațiilor. Așa cum a scris criptograful belgian Gilles Van Assche în cartea sa din 2006 „Quantum Cryptography and Secret-Key Distillation”, un expeditor și un receptor pot folosi stările cuantice ale particulelor pentru a genera șiruri de numere. Un computer poate folosi apoi aceste șiruri pentru a cripta un pic de informații, cum ar fi un videoclip sau un text, pe care îl trimite apoi printr-un releu clasic precum conexiunea de internet pe care o utilizați pentru a citi acest articol.
Dar nu trimite cheia de criptare peste acel releu. În schimb, trimite acele particule printr-o rețea cuantică separată, a scris Van Assche.
În cazul lui Micius, asta înseamnă să trimiteți fotoni, unul câte unul, prin atmosferă. Receptorul poate apoi să citească stările cuantice ale acestor fotoni pentru a determina cheia cuantică și să folosească această cheie pentru a decripta mesajul clasic. [Album: Cele mai frumoase ecuații din lume]
Dacă altcineva ar încerca să intercepteze acel mesaj, totuși, ei ar lăsa semne indicative - pachete lipsă de cheie care nu i-au făcut niciodată expeditorului.
Desigur, nicio rețea nu este perfectă, în special nu una bazată pe fotografierea informațiilor pentru fotografii individuale pe kilometri de spațiu. După cum au scris cercetătorii Micius, rețelele își pierd de obicei 1 sau 2% din cheia lor într-o zi clară. Dar acest lucru este bine în ceea ce Micius și stația de bază pot colabora pentru a edita din cheie, folosind niște matematici fanteziste. Chiar dacă un atacator a interceptat și a stricat o bucată mult mai mare a transmisiei, orice nu au prins ar fi curat - mai scurt, dar perfect suficient de sigur pentru a cripta transmisiile într-o ciupire. [Cum funcționează înțelegerea cuantică (infografic)]
Cu toate acestea, conexiunea dintre Micius și Pământ nu este perfect sigură. După cum au scris echipa de autori chinezi și austrieci, defectul în proiectarea rețelei este satelitul în sine. În prezent, stațiile de bază din fiecare oraș legat primesc chei cuantice diferite de la satelit, care sunt înmulțite împreună și apoi dezagregate. Acest sistem funcționează bine, atât timp cât comunicatorii au încredere că nicio echipă secretă de astronauți nefast nu s-a rupt în Micius însuși pentru a citi cheia cuantică la sursă. Următorul pas către o securitate cu adevărat perfectă, au scris ei, este distribuirea cheilor cuantice de la sateliți încurcate fotoni - chei pe care sateliții le-ar fabrica și distribui, dar niciodată nu ar putea citi singuri.
În timp, cercetătorii au scris, intenționează să lanseze mai mulți sateliți cuantici pe orbite superioare - sateliți care vor comunica unii cu alții și cu cercetătorii de pe Pământ în pânze tot mai complexe.
Această rețea cuantică care se extinde lent, tot mai practică, va fi construită mai întâi pentru China și Europa, au scris ei, „și apoi la scară globală”.