La física cuántica ofrece una forma completamente nueva de proteger la información. ¿Por qué es necesario? ¿Ahora es imposible establecer un canal de comunicación seguro? Por supuesto que puede. Pero las computadoras cuánticas ya se han creado, y en el momento en que se vuelvan omnipresentes, los algoritmos de encriptación modernos serán inútiles, ya que estas poderosas computadoras podrán descifrarlos en una fracción de segundo. La comunicación cuántica le permite cifrar información utilizando fotones, partículas elementales.
Esas computadoras, habiendo obtenido acceso al canal cuántico, de una forma u otra cambiarán el estado real de los fotones. Y tratar de obtener información la corromperá. La velocidad de transferencia de información es, por supuesto, menor que con otros canales actualmente existentes, por ejemplo, con las comunicaciones telefónicas. Pero la comunicación cuántica proporciona un nivel mucho mayor de secreto. Esto, por supuesto, es una gran ventaja. Especialmente en el mundo de hoy, donde el delito cibernético aumenta cada día.
Comunicación cuántica para tontos
Una vez que el correo de las palomas fue suplantado por el telégrafo, a su vez, el telégrafo fue suplantado por la radio. Por supuesto, hoy no ha desaparecido, pero han aparecido otras tecnologías modernas. Hace apenas diez años, Internet no estaba tan extendido como hoy, y era bastante difícil acceder a él: había que ir a clubes de Internet, comprar tarjetas muy caras, etc. Hoy en día, no vivimos una hora sin Internet, y esperamos 5G.
Pero el próximo nuevo estándar de comunicación no resolverá los problemas que ahora enfrenta la organización del intercambio de datos a través de Internet, la recepción de datos de satélites de asentamientos en otros planetas, etc. Todos estos datos deben protegerse de forma segura. Y esto se puede organizar utilizando el llamado entrelazamiento cuántico.
¿Qué es un enlace cuántico? Para los "tontos" este fenómeno se explica como una conexión de diferentes características cuánticas. Se conserva incluso cuando las partículas están separadas entre sí por una gran distancia. Cifrada y transmitida mediante entrelazamiento cuántico, la clave no proporcionará ninguna información valiosa a los piratas informáticos que intenten interceptarla. Todo lo que obtendrán son otros números, ya que el estado del sistema, con intervención externa, cambiará.
Pero no fue posible crear un sistema de transmisión de datos a nivel mundial, porque después de algunas decenas de kilómetros, la señal se desvaneció. El satélite, lanzado en 2016, ayudará a implementar un esquema de transferencia de claves cuánticas en distancias de más de 7000 km.
Primeros intentos exitosos de usar la nueva conexión
El primer protocolo de criptografía cuántica se obtuvo en 1984D. Hoy en día, esta tecnología se utiliza con éxito en el sector bancario. Empresas conocidas ofrecen criptosistemas que han creado.
La línea de comunicación cuántica se realiza sobre un cable de fibra óptica estándar. En Rusia, se colocó el primer canal seguro entre las sucursales de Gazprombank en Novye Cheryomushki y en Korovy Val. La longitud total es de 30,6 km, se producen errores durante la transmisión de claves, pero su porcentaje es mínimo: solo el 5%.
China lanza satélite de comunicaciones cuánticas
El primer satélite de este tipo del mundo se lanzó en China. El cohete Gran Marcha-2D se lanzó el 16 de agosto de 2016 desde el sitio de lanzamiento de Jiu Quan. Un satélite que pesa 600 kg volará durante 2 años en una órbita heliosincrónica, a 310 millas (o 500 km) de altura como parte del programa "Experimentos cuánticos a escala cósmica". El período de revolución del dispositivo alrededor de la Tierra es de una hora y media.
El satélite de comunicaciones cuánticas se llama Micius, o "Mo-Tzu", en honor a un filósofo que vivió en el siglo V d. C. y, como comúnmente se cree, el primero en realizar experimentos ópticos. Los científicos estudiarán el mecanismo del entrelazamiento cuántico y llevarán a cabo la teletransportación cuántica entre un satélite y un laboratorio en el Tíbet.
Este último transmite el estado cuántico de la partícula a una distancia dada. Para implementar este proceso, se necesita un par de partículas entrelazadas (en otras palabras, enlazadas) ubicadas a una distancia entre sí. Según la física cuántica, son capaces de capturar información sobre el estado de un compañero, incluso cuando están lejos el uno del otro. Es decir, puede proporcionarimpacto sobre una partícula que se encuentra en el espacio profundo, afectando a su compañero, que se encuentra cerca, en el laboratorio.
El satélite creará dos fotones entrelazados y los enviará a la Tierra. Si la experiencia tiene éxito, marcará el comienzo de una nueva era. Docenas de estos satélites no solo podrían proporcionar la ubicuidad de la Internet cuántica, sino también comunicaciones cuánticas en el espacio para futuros asentamientos en Marte y la Luna.
¿Por qué necesitamos estos satélites?
Pero, ¿por qué necesitamos un satélite de comunicación cuántica? ¿No son suficientes los satélites convencionales que ya existen? El caso es que estos satélites no sustituirán a los habituales. El principio de la comunicación cuántica es codificar y proteger los canales de transmisión de datos convencionales existentes. Con su ayuda, por ejemplo, ya se proporcionó seguridad durante las elecciones parlamentarias de 2007 en Suiza.
El Battelle Memorial Institute, una organización de investigación sin fines de lucro, intercambia información entre los capítulos de EE. UU. (Ohio) e Irlanda (Dublín) mediante el entrelazamiento cuántico. Su principio se basa en el comportamiento de los fotones, partículas elementales de luz. Con su ayuda, la información se codifica y se envía al destinatario. Teóricamente, incluso el intento más cuidadoso de interferencia dejará una marca. La clave cuántica cambiará de inmediato y un intento de hacker terminará con un conjunto de caracteres sin sentido. Por lo tanto, todos los datos que se transmitirán a través de estos canales de comunicación no podrán ser interceptados ni copiados.
Satéliteayudará a los científicos a probar la distribución clave entre las estaciones terrestres y el propio satélite.
La comunicación cuántica en China se implementará gracias a cables de fibra óptica con una longitud total de 2 mil km y uniendo 4 ciudades desde Shanghai hasta Beijing. Las series de fotones no se pueden transmitir indefinidamente y cuanto mayor sea la distancia entre las estaciones, mayor será la probabilidad de que la información se corrompa.
Después de cierta distancia, la señal se desvanece y los científicos necesitan una forma de actualizar la señal cada 100 km para mantener la transmisión correcta de información. En los cables, esto se logra a través de nodos probados, donde la clave se analiza, se copia con nuevos fotones y continúa.
Un poco de historia
En 1984, Brassard J. de la Universidad de Montreal y Bennet C. de IBM sugirieron que los fotones podrían usarse en criptografía para obtener un canal fundamental seguro. Propusieron un esquema simple para la redistribución cuántica de claves de cifrado, que se llamó BB84.
Este esquema utiliza un canal cuántico a través del cual se transmite información entre dos usuarios en forma de estados cuánticos polarizados. Un hacker que escucha a escondidas podría tratar de medir estos fotones, pero no puede hacerlo, como se mencionó anteriormente, sin distorsionarlos. En 1989, en el IBM Research Center, Brassard y Bennet crearon el primer sistema criptográfico cuántico funcional del mundo.
¿Qué hace una óptica cuántica?sistema criptográfico (KOKS)
Las principales características técnicas de COKS (tasa de error, tasa de transferencia de datos, etc.) están determinadas por los parámetros de los elementos formadores de canales que forman, transmiten y miden los estados cuánticos. Por lo general, COKS consta de partes receptoras y transmisoras, que están conectadas por un canal de transmisión.
Las fuentes de radiación se dividen en 3 clases:
- láseres;
- microláseres;
- diodos emisores de luz.
Para la transmisión de señales ópticas, se utilizan LED de fibra óptica como medio, combinados en cables de varios diseños.
La naturaleza del secreto de la comunicación cuántica
Pasando de señales en las que la información transmitida está codificada por pulsos con miles de fotones a señales en las que, de media, hay menos de uno por pulso, entran en juego las leyes cuánticas. Es el uso de estas leyes con la criptografía clásica lo que logra el secreto.
El principio de incertidumbre de Heisenberg se usa en dispositivos criptográficos cuánticos y, gracias a él, cualquier intento de cambiar el sistema cuántico lo modifica, y la parte receptora determina que la formación resultante de tal medición es falsa.
¿Es la criptografía cuántica 100 % a prueba de hackers?
Teóricamente sí, pero las soluciones técnicas no son del todo fiables. Los atacantes comenzaron a usar un rayo láser, con el que ciegan los detectores cuánticos, después de lo cual dejan de responder apropiedades cuánticas de los fotones. A veces se utilizan fuentes multifotónicas y los piratas informáticos pueden omitir una de ellas y medir otras idénticas.
