Сложившееся в настоящее время состояние пермагнентной кибернетической войны заставили как всегда в такого рода случаях искать инновационный выход из сложившейся ситуации

Предлагаю вниманию читателей краткую информацию о поиске и исследованиях в этой области

Физики из университета Рочестера предложили схему создания радара, сигнал которого невозможно незаметно перехватить и подделать. Препринт статьи выложен в архиве Корнельского университета, а его краткое содержание приводит блог Technology Review.

Схема работы предложенного радара напоминает принцип обмена квантовым ключом. В последнем случае квантовые свойства фотонов используются для проверки надежности информации, пришедшей от источника к получателю (их обычно обозначают Алисой и Бобом соответственно, а злоумышленника, который пытается перехватить их сообщения, называют Евой).

Информацию, которую передает Алиса Бобу, обычно кодируется поляризацией единичных фотонов или их небольших групп. Надежность такой передачи заключается в том, что невозможно измерить состояние фотона не разрушив его, а следовательно, любая попытка такого перехвата будет заметна Бобу.

В случае с радаром, Алиса и Боб являются одним лицом (излучателем и приемником радарного луча), а под Евой подразумевается летательный аппарат, который пытается перехватить сигнал радара и модифицировать его так, чтобы изменить свою кажущуюся форму или местоположение.

Авторы показали, что такую тактику противника можно раскрыть, если использовать в работе радара технологию передачи квантового ключа. В таком случае помимо самих данных (формы летательного аппарата), радар сообщает уровень их надежности. Поддельный сигнал, таким образом, легко отличить настоящего.

Недавно другая группа исследователей осуществила обмен квантовым ключем между наземной станцией и движущимся самолетом при помощи инфракрасного лазера.

Инженеры разработали технологию, которая позволяет передавать квантовые ключи по существующим загруженным оптоволоконным каналам. Работа принята к публикации в журнале Physics Review X, а ее краткое содержание пересказывают NatureNews и BBC News.

Обычно для передачи квантовых ключей используют специально выделенные оптические каналы. Это связано с тем, что сообщение в ключе кодируется поляризацией отдельных фотонов. Чтобы ее измерить, требуется отсутствие шума от посторонних частиц света в оптическом волокне.

Авторы работы показали, что при применении особой системы фильтрации, квантовую связь можно осуществлять даже на базе существующих загруженных оптических каналов.

Технология фильтрации основана на расчете времени, которое требуется фотону на преодоление расстояния от излучателя до приемника. Зная момент, когда должен появиться фотон, можно выделить на его измерение узкое временное окно и отбросить все частицы, которые в него не укладываются. Однако, по словам авторов, ширина такого окна должна быть не более 0,1 наносекунды, что в десять раз меньше, чем требуется для полноценного измерения. Чтобы избежать такого ограничения, ученые проводили одно измерение в узком окне каждую наносекунду и затем путем сравнения заведомо пустых и полных окон определяли поляризацию частиц.

В итоге, инженерам удалось наладить мегабитный канал пересылки квантовых ключей длиной в 90 километров на основе оптического волокна, в котором параллельно проводилась стандартная передача данных.

Ключами в криптографии называются небольшие сообщения, используемые для расшифровки больших объемов данных. Квантовые ключи принципиально отличаются от обычных тем, что не могут быть незаметно перехвачены злоумышленником. Этому препятствует квантовая природа носителя, потому что перехват требует измерения квантового состояния, а оно при измерении разрушается. Подробнее о квантовой криптографии можно прочитать здесь и здесь.

Китайские физики осуществили телепортацию фотонов на рекордное расстояние в 97 километров по открытому воздуху. Работа ученых пока не принята к публикации, но ее препринт доступен на сайте Корнельского университета.

Передачу запутанных фотонов проводили с помощью лазера мощностью в 1,3 Ватта над озером, расположенным на уровне четыре тысячи метров над уровнем моря. Поскольку основной проблемой при передаче на такое расстояние оказалось уширение луча, физики решили использовать дополнительный направляющий лазер, который помогал подстроить приемник и передатчик. Помимо уширения луча, потери фотонов были вызваны несовершенством оптики и турбулентностью воздуха.

Тем не менее, за 4 часа удалось передать на расстояние в 97 километров около 1100 запутанных фотонов. Ученые говорят, что наблюдаемые потери не слишком велики и можно надеяться, что в скором времени квантовую телепортацию фотонов можно будет осуществлять и между наземной станцией и коммуникационным спутником. Тем более, что расстояние, достигнутое физиками, всего в несколько раз меньше типичного расстояния между спутником и поверхностью Земли.

Ученые проводили передачу запутанных фотонов и раньше, но до сих пор она была существенно ограничена по дальности. Передачу фотонов по оптоволокну удавалось осуществить на расстояние не более километра, из-за того, что частицы взаимодействовали со средой распространения (стеклом) и теряли свои квантовые свойства. Передача по воздуху оказалась существенно более эффективной.

Многие специалисты по шифрованию данных надеются, что технология передачи запутанных фотонов на большое расстояние сможет стать основой для создания каналов связи, практически неуязвимых для желающих перехватить передаваемое сообщение. В качестве альтернативы передаче запутанных фотонов, физики рассматривают передачу одиночных фотонов, перехват которых станет сразу заметен принимающей стороне

Немецкие физики создали фотонную пушку, способную испускать единичные фотоны различных длин волн. Подобные устройства могут стать незаменимыми для организации квантовой связи, неприступной для хакерских атак. Препринт работы доступен в архиве Корнельского университета.

Фотонная пушка, разработанная физиками, представляет собой дискообразный кристалл ниобата лития (соединения лития, ниобия и кислорода), облучаемый лазером. Твердотельный лазер (типа Nd:YAG) закачивает в кристалл фотоны с длиной волны 532 нанометра. Фотоны скапливаются, отражаясь от стенок кристалла, и могут, из-за его особых свойств, претерпевать распад на два фотона с близкой, но немного разной длиной волны около 1060 нанометров.

В конечном счете фотоны покидают кристалл, где разделяются на три группы. Исходные частицы с длиной волны 532 нанометра игнорируются, а пары длинноволновых разделяются. Один из фотонов используется для коммуникации - отправляется принимающей стороне. А второй фотон служит сигналом того, что первый готов к отправлению.

Необходимость одиночных фотонов для коммуникации возникает из-за проблемы подслушивания. Дело в том, что все современные существующие лазеры испускают фотоны "пачками". Если они используются для передачи информации, то часть фотонов из "пачки" может быть перехвачена злоумышленником таким образом, что принимающая сторона этого не заметит. Если для передачи сообщения используется только один фотон, он уйдет на подслушивание и наличие злоумышленника будет сразу обнаружено.

Кроме того, поскольку образование фотонов - процесс случайный, то необходимо использовать именно пары фотонов, чтобы по наличию одного из них знать, что второй отправился принимающей стороне.

Авторам удалось показать, что нагревая или охлаждая кристалл ниобата лития, можно изменять длину волны генерируемых фотонов в диапазоне ста нанометров. Используя панель таких кристаллов, можно будет во много раз увеличить скорость передачи сигналов по одному каналу.

Недавно физики уже создали канал квантовой связи рекордной длины. Подробнее о том, как ученые пытаются приспособить квантовые эффекты для передачи информации можно почитать здесь.