Tai bus progresas, kokį sunku įsivaizduoti: su optika tokiu atstumu vieno bito perdavimas užtruktų 6 milijardus metų, o kinų kvantinis tinklas jau pasiekė 1,1 kb/s spartą ()

2017-08-14

Kinijos mokslų akademijos fizikai pirmą kartą tarp palydovo ir Žemė realizavo kvantinės kriptografijos protokolus, 1200 km atstumu perduodami daugiau nei 300 kilobaitų slapto rakto. Anksčiau tokius protokolus pavyko realizuoti tik antžeminėmis sistemomis ir sistemomis žemė–lėktuvas. Kvantinės kriptografijos protokolų ypatybė – jų slapto kodo iš principo negalima „pasiklausyti“ – tai draudžia kvantų mechanikos dėsniai. Kinijos mokslininkų darbas — pirmas žingsnis prie globalaus kvantinio tinklo. Tyrimas publikuotas žurnale Nature.

Kvantinės kriptografijos protokolai skirti ne tiesioginiam pranešimo šifravimui, o slapto šifravimo rakto sukūrimui tarp siuntėjo ir gavėjo. Jie sukuriami taip: siuntėjas sukuria atskirus atsitiktinės būsenos fotonus, atsitiktinai parenkamo matavimo metodu koduojančius nulį arba vienetą. Pavyzdžiui, naudojant vieną matavimo metodą, „nulį“ ir „vienetą“ koduoja vertikali ir horizontali poliarizacija, o naudojant kitą – nulį“ ir „vienetą“ atitinka dvi įstrižos poliarizacijos. Paskui gavėjas atsitiktiniu būdu pasirenka fotonų būsenos matavimo metodą. Tik jeigu fotono paruošimo ir išmatavimo metodai sutampa, siuntėjas ir gavėjas įrašo gautą bitą į slaptą šifravimo raktą.

Naudojant atskirus fotonus ar kitus kvantinio pasaulio objektus, slapto kodo perimti neįmanoma. Taip yra, nes kvantinių būsenų neįmanoma tiksliai klonuoti, o taip pat dėl dalelės būsenos kitimo ją matuojant: neįmanoma išmatuoti atskiro fotono poliarizacijos, jos nepakeitus. Dėl tokių bandymų kvantinėje ryšio linijoje daugėja klaidų, ką iš karto nesunkiai fiksuoja siuntėjas ir gavėjas.

Tačiau fotonus perduoti po vieną sudėtinga — jie lengvai pasimeta „triukšmingoje“ aplinkoje, dėl to smarkiai daugėja klaidų generuojant raktą ir procesas smarkiai sulėtėja. Todėl kvantinio ryšio realizavimas dideliu atstumu yra sudėtinga užduotis — tiek optiniame kabelyje, tiek ore fotonai smarkiai sklaidomi. Tuo tarpu viršutiniuose atmosferos sluoksniuose ir kosmose fotonų nuostoliai minimalūs, todėl dalijimasis kvantiniu raktu per palydovus – efektyvesnis sprendimas.

Būtent tai pavyko pademonstruoti kinų fizikams kvantinio ryšio palydovu QUESS (arba Micius, „Mo Ti“). Mokslininkai realizavo kvantinio rakto dalijimąsi tarp palydovo ir netoli Pekino esančios Sinluno observatorijos. Atstumas tarp aparato ir observatorijos kito nuo 650 iki 1200 kilometrų — „Mo Ti“ virš Sinluno praskriedavo kasdien, maždaug vidurnaktį. Ryšio seansas trukdavo ne ilgiau, nei penkias minutes.

Iš viso mokslininkams per kelis mėnesius iš palydovo į observatoriją pavyko perduoti ~3,5 mln fotonų, rakto ilgis buvo maždaug pusantro megabito. Po rakto klaidų koregavimo procedūros ir slaptumo sustiprinimo, tyrėjai gavo maždaug 300 kilobitų ilgio slaptą raktą. Klaidos tikimybė jame neviršija vieno klaidingo bito gigabite. Slapto rakto kūrimo sparta, kinų fizikų vertinimu, yra 1,1 kilobitas per sekundę.

Verta paminėti, kad bandant perduoti kvantinę informaciją 1200 km atstumu komerciniais optiniais kabeliais, perdavimo sparta būtų maždaug 20 dydžio eilių mažesnė (šimtus kvintilijonų kartų) dėl fotonų praradimo. Vieno rakto bito perdavimas truktų maždaug šešis milijardus metų.

Su „Mo Ti“ kinų mokslininkams jau pavyko pagerinti kvantinio susietumo ir kvantinio teleportavimo rekordą. Toliau misija planuoja sukurti kvantinę palydovinę liniją tarp Vienos ir Pekino. Fizikai taip pat svarsto kvantinių būsenų teleportavimo į Mėnulį eksperimentų galimybę.

Aparatas į orbitą iškeltas beveik prieš metus — 2016 metų rugpjūčio 16 dieną.

V. Koroliov

nplus1.ru

Aut. teisės: Technologijos.lt

(28)
(1)
(27)

Komentarai ()