Сформоване в даний час стан пермагнентной кібернетичної війни змусили як завжди в такого роду випадках шукати інноваційний вихід зі сформованої ситуації
Пропоную увазі читачів коротку інформацію про пошук і дослідження в цій області

Фізики з університету Рочестера запропонували схему створення радара, сигнал якого неможливо непомітно перехопити і підробити. Препринт статті викладений в архіві Корнельського університету, а його короткий зміст наводить блог Technology Review.

Схема роботи запропонованого радара нагадує принцип обміну квантовим ключем. В останньому випадку квантові властивості фотонів використовуються для перевірки надійності інформації, що прийшла від джерела до одержувача (їх зазвичай позначають Алісою і Бобом відповідно, а зловмисника, який намагається перехопити їх повідомлення, називають Євою).

Інформацію, яку передає Аліса Бобові, зазвичай кодується поляризацією одиничних фотонів або їх невеликих груп. Надійність такої передачі полягає в тому, що неможливо виміряти стан фотона не зруйнувавши його, а отже, будь-яка спроба такого перехоплення буде помітна Бобу.

У випадку з радаром, Аліса і Боб є однією особою (випромінювачем і приймачем радарного променя), а під Євою мається на увазі літальний апарат, який намагається перехопити сигнал радара і модифікувати його так, щоб змінити свою уявну форму або розташування.

Автори показали, що таку тактику супротивника можна розкрити, якщо використовувати в роботі радара технологію передачі квантового ключа. У такому випадку крім самих даних (форми літального апарату), радар повідомляє рівень їх надійності. Підроблений сигнал, таким чином, легко відрізнити справжнього.
Нещодавно інша група дослідників здійснила обмін квантовим ключем між наземною станцією і рухомим літаком за допомогою інфрачервоного лазера.

Інженери розробили технологію, яка дозволяє передавати квантові ключі по існуючим завантаженим оптоволоконних каналах. Робота прийнята до публікації в журналі Physics Review X, а її короткий зміст переказують NatureNews і BBC News.

Зазвичай для передачі квантових ключів використовують спеціально виділені оптичні канали. Це пов'язано з тим, що повідомлення в ключі кодується поляризацією окремих фотонів. Щоб її виміряти, потрібно відсутність шуму від сторонніх часток світла в оптичному волокні.

Автори роботи показали, що при застосуванні особливої системи фільтрації, квантову зв'язок можна здійснювати навіть на базі існуючих завантажених оптичних каналів.
Технологія фільтрації заснована на розрахунку часу, що потрібно фотону на подолання відстані від випромінювача до приймача. Знаючи момент, коли повинен з'явитися фотон, можна виділити на його вимір вузьке тимчасове вікно і відкинути всі частинки, які в нього не вкладаються. Однак, за словами авторів, ширина такого вікна має бути не більше 0,1 наносекунди, що в десять разів менше, ніж потрібно для повноцінного вимірювання. Щоб уникнути такого обмеження, вчені проводили один вимір в вузькому вікні кожну наносекунду і потім шляхом порівняння свідомо порожніх і повних вікон визначали поляризацію частинок.

У підсумку, інженерам вдалося налагодити мегабітний канал пересилання квантових ключів довжиною в 90 кілометрів на основі оптичного волокна, в якому паралельно проводилася стандартна передача даних.

Ключами в криптографії називаються невеликі повідомлення, використовувані для розшифровки великих обсягів даних. Квантові ключі принципово відрізняються від звичайних тим, що не можуть бути непомітно перехоплені зловмисником. Цьому перешкоджає квантова природа носія, тому що перехоплення вимагає вимірювання квантового стану, а воно при вимірюванні руйнується. Докладніше про квантової криптографії можна прочитати тут і тут.

Китайські фізики здійснили телепортацію фотонів на рекордну відстань в 97 кілометрів по відкритому повітрю. Робота вчених поки не прийнята до публікації, але її препринт доступний на сайті Корнельського університету.
Передачу заплутаних фотонів проводили за допомогою лазера потужністю в 1,3 Ватта над озером, розташованим на рівні чотири тисячі метрів над рівнем моря. Оскільки основною проблемою при передачі на таку відстань виявилося уширення променя, фізики вирішили використовувати додатковий направляючий лазер, який допомагав підлаштувати приймач і передавач. Крім уширення променя, втрати фотонів були викликані недосконалістю оптики і турбулентністю повітря.

Тим не менш, за 4 години вдалося передати на відстань в 97 кілометрів близько 1100 заплутаних фотонів. Вчені говорять, що спостережувані втрати не дуже великі і можна сподіватися, що незабаром квантову телепортацію фотонів можна буде здійснювати і між наземною станцією і комунікаційним супутником. Тим більше, що відстань, досягнуте фізиками, всього в кілька разів менше типового відстані між супутником і поверхнею Землі.

Вчені проводили передачу заплутаних фотонів і раніше, але до цих пір вона була суттєво обмежена по дальності. Передачу фотонів по оптоволокну вдавалося здійснити на відстань не більше кілометра, через те, що частинки взаємодіяли із середовищем поширення (склом) і втрачали свої квантові властивості. Передача по повітрю виявилася істотно більш ефективною.

Багато фахівців по шифруванню даних сподіваються, що технологія передачі заплутаних фотонів на велику відстань зможе стати основою для створення каналів зв'язку, практично невразливих для бажаючих перехопити передане повідомлення. В якості альтернативи передачі заплутаних фотонів, фізики розглядають передачу одиночних фотонів, перехоплення яких стане відразу помітний приймаючій стороні

Німецькі фізики створили фотонну гармату, здатну випускати поодинокі фотони різних довжин хвиль. Подібні пристрої можуть стати незамінними для організації квантової зв'язку, неприступною для хакерських атак. Препринт роботи доступний в архіві Корнельського університету.

Фотонна гармата, розроблена фізиками, являє собою дископодібний кристал ніобату літію (з'єднання літію, ніобію та кисню), опромінюваним лазером. Твердотільний лазер (типу Nd: YAG) закачує в кристал фотони з довжиною хвилі 532 нанометра. Фотони скупчуються, відбиваючись від стінок кристала, і можуть, через його особливих властивостей, зазнавати розпад на два фотони з близькою, але трохи різною довжиною хвилі близько 1060 нанометрів.

У кінцевому рахунку фотони покидають кристал, де розділяються на три групи. Вихідні частинки з довжиною хвилі 532 нанометра ігноруються, а пари довгохвильових розділяються. Один з фотонів використовується для комунікації - відправляється приймаючій стороні. А другий фотон служить сигналом того, що перший готовий до відправлення.

Необхідність одиночних фотонів для комунікації виникає через проблеми підслуховування. Справа в тому, що всі сучасні існуючі лазери випускають фотони "пачками". Якщо вони використовуються для передачі інформації, то частина фотонів з "пачки" може бути перехоплена зловмисником таким чином, що приймаюча сторона цього не помітить. Якщо для передачі повідомлення використовується тільки один фотон, він піде на підслуховування і наявність зловмисника буде відразу виявлено.

Крім того, оскільки освіта фотонів - процес випадковий, то необхідно використовувати саме пари фотонів, щоб по наявності одного з них знати, що другий відправився приймаючій стороні.

Авторам вдалося показати, що нагріваючи або охолоджуючи кристал ніобіту літію, що можна змінювати довжину хвилі генеруються фотонів в діапазоні ста нанометрів. Використовуючи панель таких кристалів, можна буде у багато разів збільшити швидкість передачі сигналів по одному каналу.

Нещодавно фізики вже створили канал квантової зв'язку рекордної довжини. Докладніше про те, як вчені намагаються пристосувати квантові ефекти для передачі інформації можна почитати тут.

... далі буде ...