Среди передовых тем в области информационной безопасности безопасность квантовых коммуникаций находится на переднем плане. Среди них технология распределения ключей, основанная на принципе квантовой запутанности, подчеркивает свои уникальные преимущества. Эта технология основана на состояниях квантовой суперпозиции и эффекте запутанности для теоретически достижения зашифрованной связи, которую трудно взломать. С развитием квантовых вычислений традиционные системы шифрования сталкиваются с серьезными проблемами, и квантовая безопасная связь станет важным направлением будущей защиты данных.
Как квантовая запутанность обеспечивает безопасность связи
Квантовые запутанные пары мгновенно установят корреляцию между разделенными частицами. Однако любая операция измерения разрушит это достаточно хрупкое состояние. На основе этой характеристики обе общающиеся стороны могут обнаружить наличие или отсутствие подслушивания, сравнивая результаты измерения некоторых квантовых состояний. Когда третья сторона пытается перехватить квантовые сигналы, это неизбежно вызовет соответствующие помехи и позволит законным пользователям обнаружить аномалии.
В практических приложениях система распределения квантовых ключей использует слабокогерентные источники света для генерации запутанных пар фотонов, которые передаются по оптическим волокнам или в свободном пространстве. Приемник проверяет характеристики перепутывания посредством последовательных измерений, чтобы гарантировать, что процесс распределения ключей не контролируется. Существующая система может обеспечить безопасную передачу на расстояние до сотен километров, а во многих странах введены в эксплуатацию квантовые защищенные сети связи городского масштаба.
Разница между квантовым шифрованием и традиционным шифрованием
На фактор математической сложности вычислительной сложности опирается традиционное шифрование, а безопасность достигается за счет законов физики, то есть метода квантового шифрования. В этом разница между ними. Традиционное шифрование может потерпеть неудачу перед лицом квантовых компьютеров, но квантовое шифрование может поддерживать стабильное состояние даже перед лицом атак квантовых вычислений. Это фундаментальное различие делает сценарии с разными уровнями безопасности подходящими для использования этих двух разных технологий.
В конкретных сценариях реализации традиционное шифрование можно улучшить за счет обновлений программного обеспечения, тогда как квантовое шифрование требует поддержки специального оборудования. В настоящее время оборудование для квантового распределения ключей все еще имеет ограничения, такие как высокая стоимость и низкая скорость. Он больше подходит для передачи симметричных ключей, чем для прямого шифрования больших объемов данных. Сочетание квантовой безопасности с традиционным шифрованием является более реальным решением на данном этапе.
Какое оборудование необходимо для достижения квантовой связи?
Полная система квантовой связи состоит из трех основных структур: квантового источника света, квантового канала и блока обнаружения. Модуль источника света должен готовить стабильные одиночные фотоны или запутанные пары фотонов. В настоящее время обычно используются два технических пути: слабое лазерное затухание и спонтанное понижающее преобразование параметров. Канальная часть должна поддерживать когерентность квантового состояния. Для волоконно-оптических каналов необходимо компенсировать поляризационный джиттер, а для каналов в свободном пространстве необходимо преодолевать турбулентность атмосферного газа.
В качестве детекторов для захвата слабых квантовых сигналов используются однофотонные детекторы, среди которых наибольшую эффективность обнаружения имеют сверхпроводящие детекторы на основе нанопроволок. Вспомогательная система включает в себя модули синхронизации времени, сравнения базисов и постобработки, которые используются для фильтрации действительных событий и генерации окончательного ключа. Существующее коммерческое оборудование уже способно обеспечить скорость генерации ключей порядка величины.
Сценарии практического применения квантовой защищенной связи
В финансовом мире, который включает в себя все виды финансовых транзакций, Китай взял на себя инициативу по внедрению технологии квантовой конфиденциальности для защиты данных трансграничных расчетов. моя страна успешно построила магистраль квантовой связи, соединяющую Шанхай и Франкфурт. В сфере государственного управления методы квантового шифрования применяются в процессе передачи конфиденциальной информации партийных и государственных органов. Некоторые провинциальные сети электронного правительства фактически завершили работу по квантовой трансформации. Позволив энергосистеме использовать квантовую связь для обеспечения безопасности инструкций по управлению сетью, она может избежать массовых отключений электроэнергии, вызванных атаками на сеть.
В коммерческой сфере более крупные компании начали арендовать выделенные линии квантовой безопасности для передачи базовой технологической информации. Торговцы, использующие облачные вычисления для предоставления услуг, изучают возможность использования квантовых ключей для защиты хранения и миграции пользовательских данных. Благодаря успешному запуску квантовых спутников в будущем будет построена квантовая безопасная сеть связи, объединяющая космос и Землю. Предоставляйте глобальные услуги по закупкам слабых текущих интеллектуальных продуктов!
Ограничения нынешних технологий квантовой связи
Потери при передаче квантовых сигналов, передаваемых по оптическим волокнам, ограничивают расстояние связи. Даже если будет использовано оптимальное оптоволокно, потери достигнут более 20 дБ на 100 километров. Существующая схема ретрансляции приведет к разрушению когерентности квантового состояния, и доверенный узел ретрансляции может стать слабым звеном безопасности. Более того, технология квантового хранения еще не достигла зрелости, что затрудняет построение крупномасштабной квантовой сети.
Стоимость оборудования ограничивает скорость популяризации. Стоимость квантовой системы распределения ключей достигает сотен тысяч долларов. По сравнению с традиционным шифрованием все еще существует количественный разрыв в скорости генерации ключей. Трудно удовлетворить потребности высокоскоростных сценариев, таких как шифрование видео высокой четкости в реальном времени. Эти технические узкие места можно решить только с помощью новых материалов и новых структур.
Направление развития будущих квантовых коммуникаций
Следующее поколение квантовой связи, ориентированное на прорыв в технологии квантовой ретрансляции, будет опираться на обмен запутанностью и очистку для достижения передачи квантового состояния на большие расстояния. Исследования и разработки квантовой памяти находятся в процессе развития, а твердотельное квантовое хранилище уже достигло времени когерентности порядка минут. Интегрированные оптические чипы могут значительно уменьшить объем и стоимость системы. А технология оптических квантовых чипов на основе кремния добилась значительного прогресса.
Космическая квантовая связь стала новым центром внимания. Экспериментальный спутник квантовой науки достиг межконтинентального распределения квантовых ключей. В будущем группировка низкоорбитальных квантовых спутников построит глобальный квантовый Интернет. Интеграция с классической сетью связи также находится в процессе углубленного изучения, например, повторное использование квантовых каналов в существующей волоконно-оптической сети для снижения стоимости развертывания.
С вашей точки зрения, в какой отрасли технология квантовой связи получит широкое коммерческое применение в первую очередь? Вы можете оставить свое мнение в области комментариев. Если вы считаете, что эта статья имеет ценность, поставьте ей лайк, чтобы поддержать ее и поделиться ею с большим количеством друзей.
Добавить комментарий