Будущие квантовые компьютеры не смогут сравниться с «космическим шифрованием»
Преобразуя данные в легкие частицы и передавая их по всему миру с помощью спутников, мы могли бы предотвратить перехват зашифрованных сообщений сверхмощным квантовым компьютером, утверждают ученые. В настоящее время технология обмена сообщениями опирается на математические, или криптографические, методы защиты, включая сквозное шифрование.
Эта технология используется в WhatsApp, а также корпорациями, правительством и военными — для защиты конфиденциальных данных от перехвата. Шифрование работает путем шифрования данных или текста в нечто, что кажется бессмысленным, с использованием алгоритма и ключа, которые могут использовать только отправитель и получатель для разблокировки данных. Теоретически эти алгоритмы можно взломать. Но они настолько сложны, что даже самым быстрым суперкомпьютерам потребуются миллионы лет, чтобы преобразовать данные во что-то читаемое.
Квантовые компьютеры меняют уравнение. Хотя эта область еще молода, ученые 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 могут обрабатывать вычисления только последовательно.
Опасаясь, что квантовые компьютеры когда-нибудь сделают шифрование устаревшим, ученые предлагают новые технологии для защиты конфиденциальных сообщений. Одна область, известная как «квантовая криптография», предполагает создание систем, которые могут защитить данные от квантовых компьютеров, способных взломать 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, ученые описывают миссию под названием «Quick3», которая использует фотоны — частицы света — для передачи данных через огромную спутниковую сеть. «Безопасность будет основана на том, что информация кодируется в отдельные частицы света и затем передается», — заявил в своем заявлении Тобиас Фогль, профессор разработки систем квантовой связи в ТУМ и соавтор статьи. «Законы физики не позволяют извлекать или копировать эту информацию». Это потому, что сам акт измерения квантовой системы меняет ее состояние. «Когда информация перехватывается, легкие 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 технологий». Однако проблема традиционной наземной квантовой криптографии заключается в передаче данных на большие расстояния, с максимальной дальностью всего в несколько сотен миль, говорится в заявлении ученых ТУМ. Это связано с тем, что свет имеет тенденцию рассеиваться при движении, и не существует простого способа скопировать или усилить эти световые сигналы через оптоволоконные кабели.
Ученые также экспериментировали с хранением ключей шифрования в запутанных частицах — это означает, что данные по сути распределяются между двумя частицами в пространстве и времени, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Например, проект 2020 года продемонстрировал «квантовое распределение ключей» (QKD) между двумя наземными станциями, расположенными на расстоянии 700 миль друг от друга (1120 км).
Однако когда дело доходит до передачи фотонов, на высоте более 6 миль (10 километров) атмосфера настолько тонка, что свет не рассеивается и не поглощается, поэтому сигналы можно передавать на большие расстояния. Система Quick3 будет включать в себя всю систему передачи данных таким способом, включая компоненты, необходимые для создания спутников. Команда уже протестировала каждый компонент на Земле. Следующим шагом станет испытание системы в космосе, запуск спутника запланирован на 2025 год. По словам команды, им, вероятно, потребуются сотни, а возможно, даже тысячи спутников для полностью работающей системы квантовой связи.
