La physique quantique offre une toute nouvelle façon de protéger les informations. Pourquoi est-ce nécessaire, est-il désormais impossible de mettre en place un canal de communication sécurisé ? Bien sûr vous pouvez. Mais les ordinateurs quantiques ont déjà été créés, et dès qu'ils deviendront omniprésents, les algorithmes de cryptage modernes seront inutiles, car ces puissants ordinateurs seront capables de les casser en une fraction de seconde. La communication quantique vous permet de crypter des informations à l'aide de photons - particules élémentaires.
De tels ordinateurs, ayant accédé au canal quantique, d'une manière ou d'une autre vont changer l'état réel des photons. Et essayer d'obtenir des informations va les corrompre. La vitesse de transfert des informations est, bien entendu, plus faible qu'avec d'autres canaux existant actuellement, par exemple avec les communications téléphoniques. Mais la communication quantique offre un niveau de secret beaucoup plus élevé. Ceci, bien sûr, est un très gros plus. Surtout dans le monde d'aujourd'hui où la cybercriminalité augmente chaque jour.
La communication quantique pour les nuls
Une fois que le courrier des pigeons a été supplanté par le télégraphe, à son tour, le télégraphe a été supplanté par la radio. Bien sûr, aujourd'hui, il n'a pas disparu, mais d'autres technologies modernes sont apparues. Il y a dix ans à peine, Internet n'était pas aussi répandu qu'aujourd'hui et il était assez difficile d'y accéder - il fallait aller dans des clubs Internet, acheter des cartes très chères, etc. Aujourd'hui, nous ne vivons pas une heure sans Internet, et nous attendons avec impatience la 5G.
Mais la prochaine nouvelle norme de communication ne résoudra pas les problèmes auxquels sont aujourd'hui confrontés l'organisation des échanges de données via Internet, la réception des données des satellites des colonies d'autres planètes, etc. Toutes ces données doivent être protégées de manière sécurisée. Et cela peut être organisé en utilisant ce qu'on appelle l'intrication quantique.
Qu'est-ce qu'une liaison quantique ? Pour les "nuls", ce phénomène s'explique comme une connexion de différentes caractéristiques quantiques. Il est conservé même lorsque les particules sont séparées les unes des autres par une grande distance. Chiffrée et transmise par intrication quantique, la clé ne fournira aucune information précieuse aux pirates qui tentent de l'intercepter. Tout ce qu'ils obtiendront, ce sont d'autres chiffres, car l'état du système, avec une intervention externe, sera modifié.
Mais il n'a pas été possible de créer un système mondial de transmission de données, car après quelques dizaines de kilomètres, le signal s'est évanoui. Le satellite, lancé en 2016, aidera à mettre en œuvre un système de transfert de clé quantique sur des distances de plus de 7 000 km.
Premières tentatives réussies d'utilisation de la nouvelle connexion
Le tout premier protocole de cryptographie quantique a été obtenu en 1984d) Aujourd'hui, cette technologie est utilisée avec succès dans le secteur bancaire. Des entreprises bien connues proposent des cryptosystèmes qu'elles ont créés.
La ligne de communication quantique est réalisée sur un câble à fibre optique standard. En Russie, le premier canal sécurisé a été posé entre les succursales de Gazprombank à Novye Cheryomushki et à Korovy Val. La longueur totale est de 30,6 km, des erreurs se produisent lors de la transmission des clés, mais leur pourcentage est minime - seulement 5 %.
La Chine lance un satellite de communication quantique
Le premier satellite de ce type au monde a été lancé en Chine. La fusée Longue Marche-2D a été lancée le 16 août 2016 depuis le site de lancement de Jiu Quan. Un satellite de 600 kg volera pendant 2 ans sur une orbite héliosynchrone à 310 miles (ou 500 km) d' altitude dans le cadre du programme "Quantum Experiments on a Cosmic Scale". La période de révolution de l'appareil autour de la Terre est d'une heure et demie.
Le satellite de communication quantique s'appelle Micius, ou "Mo-Tzu", du nom d'un philosophe qui a vécu au 5ème siècle après JC. et, comme on le croit généralement, le premier à mener des expériences optiques. Les scientifiques vont étudier le mécanisme de l'intrication quantique et réaliser une téléportation quantique entre un satellite et un laboratoire au Tibet.
Ce dernier transmet l'état quantique de la particule à une distance donnée. Pour mettre en œuvre ce procédé, il faut un couple de particules intriquées (c'est-à-dire liées) situées à distance l'une de l'autre. Selon la physique quantique, ils sont capables de capter des informations sur l'état d'un partenaire, même lorsqu'ils sont éloignés l'un de l'autre. C'est-à-dire que vous pouvez fournirimpact sur une particule qui se trouve dans l'espace lointain, affectant son partenaire, qui se trouve à proximité, dans le laboratoire.
Le satellite créera deux photons intriqués et les enverra sur Terre. Si l'expérience est réussie, elle marquera le début d'une nouvelle ère. Des dizaines de ces satellites pourraient non seulement fournir l'omniprésence de l'Internet quantique, mais aussi des communications quantiques dans l'espace pour les futures colonies sur Mars et la Lune.
Pourquoi avons-nous besoin de tels satellites
Mais pourquoi même avoir besoin d'un satellite de communication quantique ? Les satellites conventionnels déjà existants ne suffisent-ils pas ? Le fait est que ces satellites ne remplaceront pas les satellites habituels. Le principe de la communication quantique est de coder et de protéger les canaux de transmission de données conventionnels existants. Avec son aide, par exemple, la sécurité a déjà été assurée lors des élections législatives de 2007 en Suisse.
Le Battelle Memorial Institute, une organisation de recherche à but non lucratif, échange des informations entre les chapitres aux États-Unis (Ohio) et en Irlande (Dublin) en utilisant l'intrication quantique. Son principe est basé sur le comportement des photons - particules élémentaires de lumière. Avec leur aide, les informations sont codées et envoyées au destinataire. Théoriquement, même la tentative d'ingérence la plus prudente laissera une marque. La clé quantique changera immédiatement et une tentative de piratage se retrouvera avec un jeu de caractères sans signification. Par conséquent, toutes les données qui seront transmises via ces canaux de communication ne peuvent être interceptées ou copiées.
Satelliteaidera les scientifiques à tester la distribution des clés entre les stations au sol et le satellite lui-même.
La communication quantique en Chine sera mise en œuvre grâce à des câbles à fibre optique d'une longueur totale de 2 000 km et unissant 4 villes de Shanghai à Pékin. Les séries de photons ne peuvent pas être transmises indéfiniment, et plus la distance entre les stations est grande, plus le risque que les informations soient corrompues est grand.
Après une certaine distance, le signal s'estompe et les scientifiques ont besoin d'un moyen de mettre à jour le signal tous les 100 km afin de maintenir la transmission correcte des informations. Dans les câbles, cela est réalisé grâce à des nœuds éprouvés, où la clé est analysée, copiée par de nouveaux photons, et passe à autre chose.
Un peu d'histoire
En 1984, Brassard J. de l'Université de Montréal et Bennet C. d'IBM ont suggéré que les photons pourraient être utilisés en cryptographie pour obtenir un canal fondamental sécurisé. Ils ont proposé un schéma simple de redistribution quantique des clés de chiffrement, appelé BB84.
Ce schéma utilise un canal quantique à travers lequel des informations sont transmises entre deux utilisateurs sous la forme d'états quantiques polarisés. Un pirate qui écoute pourrait essayer de mesurer ces photons, mais il ne peut pas le faire, comme mentionné ci-dessus, sans les déformer. En 1989, au Centre de recherche IBM, Brassard et Bennet ont créé le premier système cryptographique quantique fonctionnel au monde.
Qu'est-ce qu'une optique quantiquesystème cryptographique (KOKS)
Les principales caractéristiques techniques de COKS (taux d'erreur, taux de transfert de données, etc.) sont déterminées par les paramètres des éléments formant les canaux qui forment, transmettent et mesurent les états quantiques. COKS se compose généralement de parties de réception et de transmission, qui sont reliées par un canal de transmission.
Les sources de rayonnement sont divisées en 3 classes:
- lasers;
- microlasers;
- diodes électroluminescentes.
Pour la transmission de signaux optiques, les LED à fibre optique sont utilisées comme support, combinées dans des câbles de différentes conceptions.
La nature du secret des communications quantiques
En passant de signaux dans lesquels l'information transmise est codée par des impulsions de milliers de photons à des signaux dans lesquels, en moyenne, il y en a moins d'un par impulsion, les lois quantiques entrent en jeu. C'est l'utilisation de ces lois avec la cryptographie classique qui permet d'obtenir le secret.
Le principe d'incertitude de Heisenberg est utilisé dans les dispositifs cryptographiques quantiques et grâce à lui, toute tentative de modification du système quantique y apporte des modifications, et la formation résultant d'une telle mesure est déterminée par la partie réceptrice comme fausse.
La cryptographie quantique est-elle 100 % à l'épreuve du piratage ?
Théoriquement oui, mais les solutions techniques ne sont pas entièrement fiables. Les attaquants ont commencé à utiliser un faisceau laser, avec lequel ils aveuglent les détecteurs quantiques, après quoi ils cessent de répondre auxpropriétés quantiques des photons. Parfois, des sources multi-photons sont utilisées, et les pirates peuvent être en mesure d'en ignorer une et de mesurer des sources identiques.
