Преобразуя данные в лёгкие частицы и передавая их по всему миру с помощью спутников, мы могли бы предотвратить перехват зашифрованных сообщений сверхмощным квантовым компьютером, утверждают учёные.
В настоящее время технология обмена сообщениями опирается на математические, или криптографические, методы защиты, включая сквозное шифрование. Эта технология используется, например, в WhatsApp, а также корпорациями, правительствами и военными — для защиты конфиденциальных данных от перехвата.
Шифрование работает путём скремблирования данных или текста в то, что кажется бессмыслицей, с задействованием алгоритма и ключа, которые для разблокировки данных могут использовать только отправитель и получатель. Теоретически эти алгоритмы можно взломать. Но они настолько сложны, что даже самым быстрым суперкомпьютерам потребуются миллионы лет, чтобы преобразовать данные во что-то, что можно прочитать.
Квантовые же компьютеры меняют порядок дел. И хотя эта область ещё молода, учёные предсказывают, что такие машины когда-нибудь будут достаточно мощными, чтобы легко взламывать алгоритмы шифрования. Это связано с тем, что они могут обрабатывать экспоненциально большие вычисления параллельно (в зависимости от того, сколько кубитов они используют), тогда как классические компьютеры в состоянии обрабатывать вычисления только последовательно.
Опасаясь, что квантовые компьютеры когда-нибудь сделают шифрование устаревшим, учёные предлагают новые технологии для защиты конфиденциальных сообщений. Одна область, известная как «квантовая криптография», предполагает создание систем, которые могут защитить данные от квантовых компьютеров, способных обойти шифрование.
По мнению IBM, в отличие от классической криптографии, которая использует алгоритмы для шифрования данных и обеспечения их безопасности, квантовая криптография будет безопасной благодаря странным особенностям квантовой механики.
Например, в статье, опубликованной 21 января в журнале Advanced Quantum Technologies, учёные описывают миссию под названием «Quick3», которая использует фотоны — частицы света — для передачи данных через мощную спутниковую сеть.
«Безопасность будет основана на том, что информация кодируется в отдельные световые частицы и только затем передаётся, — говорится в заявлении Тобиаса Фогля (Tobias Vogl), профессора по разработке систем квантовой связи в TUM (Мюнхенский Технический Университет) и соавтора статьи. — Законы физики не позволяют извлекать или копировать эту информацию.»
Всё потому, что сам процесс измерения квантовой системы изменяет её состояние.
«Когда информация перехватывается, лёгкие частицы меняют свои характеристики, — добавил он. — Поскольку мы можем измерить эти изменения состояния, любая попытка перехватить передаваемые данные будет немедленно распознана, независимо от будущих достижений в области технологий.»
Однако проблема традиционной земной квантовой криптографии заключается в передаче данных на большие расстояния, с максимальной дальностью действия всего в несколько сотен километров, говорится в заявлении учёных TUM. Это связано с тем, что свет при его перемещении имеет тенденцию рассеиваться, и нет простого способа скопировать или усилить эти световые сигналы через оптоволоконные кабели.
Учёные также экспериментировали с хранением ключей шифрования в запутанных частицах — это означает, что данные по сути являются общими для двух частиц в пространстве и времени, независимо от того, насколько они далеки друг от друга. Например, проект 2020 года продемонстрировал «квантовое распределение ключей» (QKD) между двумя наземными станциями, расположенными на расстоянии 700 миль (1120 км) друг от друга.
Однако, когда дело доходит до передачи фотонов на высотах более 6 миль (10 километров), атмосфера настолько разрежена, что свет не рассеивается и не поглощается, поэтому сигналы могут передаваться на большие расстояния.
«Quick3» будет включать в себя всю систему передачи данных таким образом, включая компоненты, необходимые для создания спутников. Команда уже протестировала каждый компонент на Земле. Следующим шагом будет тестирование системы в космосе, запуск спутника запланирован на 2025 год.
По словам команды экспертов, им, вероятно, понадобятся сотни, а может быть, даже тысячи спутников для полностью работающей системы квантовой связи.
