Орбітальне квантове шифрування: науковці вперше транслювали відеоконференцію з допомогою квантової криптографії. Фотони, що виконували функцію ключа, відправляв на Землю квантовий супутник Мо-Цзи. Так науковці з Пекіна та Відня могли кумунікувати з різних континентів без загрози того, що їх підслухають. У такий спосіб перша орбітально-планетарна квантова мережа засвідчила свою практичність.
Учасники відеоконференції між Пекіном і Віднем, яка відбулася завдяки квантовій криптографії. Фото ÖAW.
Квантову криптографію вважають найбезпечнішим шифруванням. Адже для перенесення кодів вона використовує ключі квантово-фізичного феномену – заплутаності. При цьому стани фотонів так з’єднані між собою, що всяке вимірювання чи маніпуляція світловою частинкою змінює й інші – миттєво та на гігантських відстанях.
Дотепер таку квантову інформацію можна було відправляти на обмежені відстані. В випадку скловолокна йшлося про радіус дії трохи менший за 100 кілометрів – замало для міжконтинентальної комунікації.
Проте це змінили квантові супутники, що виконують функцію ретранслятора, генерують і розповсюджують ключ, закодований заплутаними фотонами. В серпні 2016 перший такий супутник злетів з території Китаю. І тепер Мо-Цзи кружляє на висоті майже 500 кілометрів. Кілька місяців тому він продемонстрував, що може продукувати квантові повідомлення та висилати їх на дві наземні станції, сильно віддалені одна від одної.
Нещодавно вдалися й інші випробовування цієї орбітально-планетарної квантової мережі: вперше науковці здійснили відеоконференцію між Пекіном і Віднем, що стало можливим завдяки квантовому розповсюдженню ключа з супутника.
«Найпотужніша та найнадійніша квантова мережа стала ще ближчою», – сказав Антон Цайлінґер (Anton Zeilinger) з Австрійської академії наук.
Заплутані фотони супутник відправив у Китай та Австрію. Зображення: ÖAW.
У дослідженні спочатку Мо-Цзи продукував ключ у формі сплутаних поляризованих фотонів та відправляв їх на наземну станцію в Граці. «Цікаво те, що коли хтось намагався перехопити фотони між супутником і станцією та виміряти поляризацію, то в результаті вимірювань він змінював квантово-фізичний стан частинок – і зазнавав невдачі», – пояснив Йоганес Гандштайнер (Johannes Handsteiner) з Віденського інституту квантової оптики і квантової інформації.
На наземній станції вчені визначали стан поляризації деяких з цих фотонів та змінювали стан тих копій фотонових повідомлень, що залишилися на супутнику. Так виник перший квантовий ключ.
Паралельно з цим китайські учені здійснювали такі ж процедури, але так, що два квантові ключі залишалися на супутнику. Потім обидва ключі поєднувалися на орбіті і після цієї комбінації знову передавалися на наземні станції в Австрії та Китаї.
З «власним» ключем з одного боку та комбінованим ключем з іншого обидві станції змогли генерувати спільний код, який можна застосовувати для однозначного шифрування і дешифрування інформації, тобто для найнадійнішої «квантової телефонії».
29 вересня 2017 року фізики в Пекіні та Відні вперше застосували цей метод, аби здійснити відеоконференцію. Хоча відеодані протікали через нормальне інтернет-сполучення, розшифрувати їх могли лише два відеопартнери – завдяки квантовим ключам, які вони отримали з орбіти.
Так квантовий зв'язок захищений від прослуховування принаймні в мільйон разів краще, ніж розмова з залученням звичайної криптографії, пояснили фізики. «Успішний міжконтинентальний обмін квантово заплутаною інформацією засвідчує неймовірний потенціал цієї технології, яку уможливили фундаментальні дослідження», – розповів Зелінґер.
Erste interkontinentale Quanten-Videokonferenz
Österreichische Akademie der Wissenschaften, 02.10.2017
Зреферувала Соломія Кривенко
02.10.2017