Depois de distribuir chaves quânticas com sucesso por 4600 quilômetros, nunca se preocupou com os métodos de criptografia quebrados que realmente existem?

1000 anos atrás, se estivéssemos em Guangdong e quiséssemos enviar uma carta para nossa família em Pequim, uma viagem de ida e volta demoraria um ano ou meio.

Há 100 anos, podíamos enviar um telegrama. Pode levar alguns dias para usá-lo e cobramos por caractere.

Há dez anos, podíamos fazer uma chamada e demorava apenas alguns segundos para conectar.

Agora, podemos fazer videochamadas diretamente, o atraso pode ser controlado no nível de milissegundos.

O portador de transmissão de informações evoluiu gradualmente de mão de obra para ondas de rádio, linhas telefônicas e fibras ópticas. O atraso da informação está cada vez menor, mas a velocidade máxima da luz é 299792458 m / s. Se a distância for grande o suficiente, haverá ainda ser um atraso perceptível.

Existe uma maneira mais rápida de divulgar informações?

Em teoria, é comunicação quântica. No entanto, a tecnologia atual mostra que é difícil de conseguir, então os cientistas estão focados na "criptografia quântica".

A Universidade de Ciência e Tecnologia da China anunciou em 7 de janeiro que a equipe de pesquisa científica chinesa realizou com sucesso a distribuição de chaves quânticas satélite-terra abrangendo 4.600 quilômetros, marcando que a China construiu o protótipo do "espaço-terra integrado amplo- area quantum communication network " , que foi no Reino Unido publicado na revista" Nature ".

O que é quantum?

A comunicação quântica teórica é realizada usando várias propriedades misteriosas do quantum:

1. Emaranhamento quântico
2. Indivisível
3. Não clonado

A teoria prova que mesmo que dois quanta emaranhados sejam separados por uma distância cósmica, um deles mudará, e o outro mudará simultaneamente, quebrando a "gaiola da velocidade da luz" e realizando comunicação em tempo real real.

Observe que adicionamos um atributo antes da comunicação quântica, chamado "teoricamente". Isso ocorre porque a comunicação quântica ainda tem dificuldades a serem superadas. Muitas pessoas pensam que a comunicação quântica é impossível de alcançar. "Domínio Quantum Communication Network" realmente usa o indivisível e a natureza não clonal do quantum para melhorar a confidencialidade da comunicação . Não é uma comunicação quântica perfeita no verdadeiro sentido .

Como perceber a distância de transmissão de 4600 km?

O artigo mostra que a "rede de comunicação quântica de área ampla integrada espaço-terra" é composta principalmente de três partes.

1. Um satélite quântico "Mozi"
2. Mais de 700 links de distribuição de chave quântica de fibra óptica
3. Duas estações de teste em solo

A rede de comunicação implantou um total de 4 gerenciadores de filas principais em Pequim, Jinan, Hefei e Xangai, respectivamente, seguido por um link de fibra óptica de backbone com mais de 2.000 quilômetros e dois links terra-satélite conectando Xinglong e Nanshan (2600 quilômetros) "conexão .

No trabalho, o satélite "Mozi" orbita em uma órbita sincronizada com o Sol a uma altura de cerca de 500 quilômetros. Ele está conectado a estações terrestres em Xinglong e Nanshan para distribuição de chaves quânticas. Finalmente, após um programa de pós-processamento do protocolo BB84 eficiente, a chave de segurança final é extraída. (O protocolo BB84 é o primeiro protocolo criptográfico quântico do mundo, um esquema de distribuição de chave quântica desenvolvido em conjunto pelos físicos quânticos Charles Bennett e Gil Brasard em 1984)

Atualmente, os pesquisadores podem obter um tamanho total de chave de aproximadamente 36 Mbits por semana, e a chave gerada pelo "Mozi Number" pode suportar aproximadamente 6.000 usuários.

Quais são as dificuldades nesta tentativa?

Quantum é realmente muito pequeno. Uma respiração, a luz de uma lâmpada elétrica e uma simples ação podem conduzir centenas de milhões de quanta, e há incerteza em um único quanta. Não é tão fácil "controlar" o quantum completamente. Portanto, existem muitas dificuldades técnicas na distribuição de chaves quânticas satélite-terra que abrangem 4.600 quilômetros.

1. Preparação de fóton único

Pan Jianwei, o acadêmico Pan Jianwei, que publicou um artigo sobre "A Rede de Comunicação Quântica de Grande Área de Integração com a Terra" disse que uma lâmpada de cerca de 15 watts pode emitir dez trilhões de quanta de luz por segundo, e a preparação de uma única luz quantum is like Um deles foi capturado no instante em que esses dez trilhões de quanta de luz foram emitidos.

2. Detecção de fóton único

Um único fóton já é a menor unidade de energia luminosa, e a energia é muito fraca, é necessário desenvolver uma tecnologia de detecção de fóton único muito precisa e eficiente. Somente com a capacidade de preparar e detectar um único quantum de luz é que a comunicação quântica segura pode ser realizada.

3. A comunicação satélite-terra é como jogar moedas a uma altura de 10.000 metros

Por exemplo, Wang Jianyu, o designer-chefe adjunto executivo do satélite "Mozi", disse: "Para lançar um fóton para a estação terrestre de uma altitude de 1.000 quilômetros, é como um avião voando em alta velocidade a uma altitude de 10.000 metros e duas rotações até o solo ao mesmo tempo. Jogue moedas na estreita fenda para dinheiro do mealheiro. A fenda para dinheiro do mealheiro é delgada, o que equivale à polarização da luz. Tem uma direção. Moedas deve estar orientado corretamente para ser lançado, e não é um lançamento, você tem que lançar ambos os lados com precisão. "

4. A detecção do solo é muito mais difícil do que a clarividência

De acordo com os cálculos, existem cerca de 1017 fótons quando um fósforo é riscado, e a capacidade de detecção da estação terrestre de satélite é equivalente a que uma pessoa na Terra descobre que alguém riscou um fósforo na lua. Além disso, dentro de 100 milhões de fótons por segundo, é necessário entender qual fóton é detectado no solo. Esses fótons estão todos alinhados. Para detectar um, você deve saber qual é o primeiro, para que possa ser usado para fazer Chave.

Nota: A fonte das dificuldades técnicas acima é o CCTV News.

Em confidencialidade, a criptografia quântica é a mais confiável

Alguém pode ter dúvidas depois de lê-lo. As informações ainda dependem da transmissão por satélite e fibra óptica. O que isso tem a ver com a comunicação quântica?

Deixe-me falar sobre o envio do WeChat primeiro. Quando usamos telefones celulares para enviar WeChat, todas as informações devem ser criptografadas com algoritmos antes de serem transmitidas, caso contrário, as informações serão facilmente interceptadas e visualizadas.

No entanto, todos os algoritmos de criptografia podem ser quebrados teoricamente e ainda há o risco de vazamento de informações. Por exemplo, segredos comerciais, informações militares, etc., para garantir maior segurança, os algoritmos de criptografia são mais complexos do que a transmissão de informações gerais.

Existe um método de criptografia infalível? Os cientistas pensaram que as chaves quânticas poderiam ser usadas para criptografar informações.

A distribuição quântica de chaves usa o "teorema quântico único não clonável" para obter segurança absoluta de distribuição de chaves. O "teorema de desfazer a clonagem" refere-se ao fato de que o processo de copiar qualquer estado quântico desconhecido exatamente o mesmo é impossível, porque a premissa da cópia é a medição, e a medição geralmente muda o estado do quantum.

De acordo com a Universidade de Ciência e Tecnologia da China, a chave quântica, como portadora de informações, é inseparável de um único fóton e seu estado quântico não pode ser clonado, garantindo assim que o conteúdo criptografado não possa ser decifrado. A distribuição quântica de chaves é o único método de comunicação que foi estritamente comprovado como incondicionalmente seguro em princípio.

Para fazer uma analogia imprecisa, a informação criptografada pela chave quântica é como um envelope especial.Contanto que a pessoa que está interceptando o envelope queira abri-lo, a carta dentro dele desaparecerá automaticamente e a interceptação perderá o sentido.

Desta vez, foi publicado na Nature "Alcançado uma rede de comunicação quântica de área ampla que abrange 4.600 quilômetros do espaço e da terra". É entendido em termos populares como o acréscimo de chaves quânticas aos métodos tradicionais de comunicação.

É relatado que a tecnologia de comunicação segura quântica forneceu segurança da informação para importantes conferências e eventos nacionais, como o desfile militar para comemorar o 70º aniversário da vitória da Guerra de Resistência contra o Japão e o 19º Congresso Nacional do Partido Comunista da China . Além disso, os relatórios de informações regulatórias bancárias, o sistema de gerenciamento de informações de pagamento e recibos transfronteiriços RMB e o sistema de recuperação remota de desastres de dados bancários online aplicaram tecnologia de comunicação segura quântica.

O futuro da comunicação quântica

Em 2016, o provedor de tecnologia de segurança cibernética dos EUA Symantec revelou que um grupo de hackers chamado "Strider" realizou ataques cibernéticos na China, Rússia e outros países nos últimos cinco anos. O grupo de hackers desenvolveu métodos técnicos avançados. A Symantec suspeita que a equipe sim o apoio de uma seleção nacional.

Na verdade, esta é apenas a ponta do iceberg dos ataques de hackers. Os ataques estão acontecendo o tempo todo e não podem ser evitados. A "Rede de comunicação quântica de área ampla integrada Céu-Terra" e o tronco de comunicação segura Quantum de 2.000 quilômetros nasceram sob este pano de fundo, a "Grande Muralha" da segurança da informação.

Muitas pessoas viram o papel tremendo desempenhado pela rede de comunicação quântica e não deveriam deixar de perguntar: A atual rede de comunicação baseada em fibra óptica será substituída em breve?

O acadêmico Pan Jianwei disse em uma entrevista ao Science and Technology Daily que a comunicação criptografada quântica não se destina a subverter ou substituir os métodos de comunicação existentes, mas pode melhorar muito a segurança dos sistemas existentes .

Parece que a verdadeira comunicação quântica ainda tem um longo caminho a percorrer.

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