منوعات

100 كيلومتر من النقل المشفر الكمي

نجح باحثو DTU في توزيع مفتاح آمن كميًا باستخدام طريقة تسمى توزيع المفتاح الكمي المتغير المستمر (CV QKD). وتمكن الباحثون من تشغيل الطريقة على مسافة قياسية بلغت 100 كيلومتر، وهي أطول مسافة تم تحقيقها على الإطلاق باستخدام طريقة CV QKD. وتتمثل ميزة هذه الطريقة في إمكانية تطبيقها على البنية التحتية الحالية للإنترنت.

تهدد أجهزة الكمبيوتر الكمومية التشفيرات القائمة على الخوارزميات، والتي تعمل حاليًا على تأمين عمليات نقل البيانات ضد التنصت والمراقبة. إنهم ليسوا أقوياء بما يكفي لكسرهم بعد، لكنها مسألة وقت. إذا تمكن الكمبيوتر الكمي من العثور على الخوارزميات الأكثر أمانًا، فإنه يترك الباب مفتوحًا لجميع البيانات المتصلة عبر الإنترنت. أدى هذا إلى تسريع تطوير طريقة تشفير جديدة تعتمد على مبادئ فيزياء الكم.

ولكن لتحقيق النجاح، يجب على الباحثين التغلب على أحد تحديات ميكانيكا الكم: ضمان التماسك على مسافات أطول. حتى الآن، كان التوزيع المستمر للمفتاح الكمي المتغير يعمل بشكل أفضل على مسافات قصيرة.

“لقد قمنا بإجراء مجموعة واسعة من التحسينات، لا سيما فيما يتعلق بفقدان الفوتونات على طول الطريق. في هذه التجربة، التي نشرت في تقدم العلماء، قمنا بتوزيع مفتاح مشفر كميًا بشكل آمن على مسافة تزيد عن 100 كيلومتر عبر كابل الألياف الضوئية. يقول توبياس جيهرينج، الأستاذ المشارك في جامعة DTU، والذي يهدف مع مجموعة من الباحثين في جامعة DTU، إلى أن يكونوا قادرين على بث المعلومات المشفرة الكمومية في جميع أنحاء العالم عبر الإنترنت: “إنها مسافة قياسية بهذه الطريقة”.

المفاتيح السرية للحالات الكمومية للضوء

“عندما يلزم إرسال البيانات من النقطة أ إلى النقطة ب، فيجب حمايتها. ويجمع التشفير البيانات مع مفتاح آمن موزع بين المرسل والمستلم بحيث يتمكن كلاهما من الوصول إلى البيانات. ويجب ألا يتمكن طرف ثالث من فهم المفتاح أثناء إرساله، وإلا فسيتم اختراق التشفير، لذلك فإن تبادل المفاتيح ضروري لتشفير البيانات.

توزيع المفاتيح الكمومية (QKD) هي تقنية متقدمة يعمل عليها الباحثون من أجل التبادلات المهمة. تضمن هذه التقنية تبادل مفاتيح التشفير باستخدام الضوء الصادر من جسيمات ميكانيكية كمومية تسمى الفوتونات.

عندما يرسل المرسل معلومات مشفرة بالفوتونات، يتم تسخير الخصائص الميكانيكية الكمومية للفوتونات لإنشاء مفتاح فريد للمرسل والمتلقي. إن محاولات الآخرين لقياس أو ملاحظة الفوتونات في حالة كمومية ستغير حالتها على الفور. لذلك، لا يمكن قياس الضوء فيزيائيًا إلا عن طريق إزعاج الإشارة.

“من المستحيل عمل نسخة من الحالة الكمومية، مثل عمل نسخة من ورقة A4 – إذا حاولت، ستكون نسخة أقل جودة. وهذا ما يضمن عدم حدوث ذلك “لا يمكن النسخ “المفتاح. وهذا يمكن أن يحمي البنية التحتية الحيوية مثل السجلات الصحية والقطاع المالي ضد القرصنة،” يوضح توبياس جيرينج.

يعمل من خلال البنية التحتية القائمة

يمكن دمج تقنية CV QKD (التوزيع المستمر للمفتاح الكمي) في البنية التحتية الحالية للإنترنت.

“إن فائدة استخدام هذه التكنولوجيا هي أنه يمكننا بناء نظام يشبه النظام الذي تعتمد عليه الاتصالات البصرية بالفعل.”

العمود الفقري للإنترنت هو الاتصالات البصرية. وهو يعمل عن طريق إرسال البيانات عبر الأشعة تحت الحمراء التي تمر عبر الألياف الضوئية. وهي تعمل مثل الأدلة الضوئية الموضوعة في الكابلات، مما يضمن قدرتنا على إرسال البيانات إلى جميع أنحاء العالم. ويمكن إرسال البيانات بشكل أسرع وعلى مسافات أطول عبر كابلات الألياف الضوئية، وتكون الإشارات الضوئية أقل عرضة للتداخل، وهو ما يعرف من الناحية التقنية بالضوضاء.

“هذه تقنية قياسية تم استخدامها لفترة طويلة، لذلك لا تحتاج إلى اختراع أي شيء جديد لتتمكن من استخدامها لتوزيع المفاتيح الكمومية، ويمكن أن تجعل التنفيذ أقل تكلفة بكثير. ويمكننا ذلك “يعمل في درجة حرارة الغرفة”، يوضح توبياس جيرينج، مضيفًا:

“لكن تقنية CV QKD تعمل بشكل أفضل على مسافات أقصر. ومهمتنا هي زيادة المسافة. ومسافة 100 كيلومتر هي خطوة كبيرة في الاتجاه الصحيح.”

الضوضاء والأخطاء والمساعدة في التعلم الآلي

وتمكن الباحثون من زيادة المسافة من خلال معالجة ثلاثة عوامل تحد من قدرة نظامهم على تبادل المفاتيح المشفرة الكميًا عبر مسافات أطول:

لقد أتاح التعلم الآلي إمكانية قياس الاضطرابات التي تؤثر على النظام في وقت سابق. الضوضاء، كما تسمى هذه الاضطرابات، يمكن أن تأتي، على سبيل المثال، من الإشعاع الكهرومغناطيسي، الذي يمكن أن يشوه أو يدمر الحالات الكمومية المرسلة. لقد أتاح الاكتشاف المبكر للضوضاء إمكانية تقليل تأثيرها المقابل بشكل أكثر فعالية.

بالإضافة إلى ذلك، أصبح الباحثون أفضل في تصحيح الأخطاء التي قد تنشأ على طول الطريق والتي قد تكون ناجمة عن الضوضاء أو التداخل أو عيوب الأجهزة.

“في عملنا القادم، سنستخدم التكنولوجيا لإنشاء شبكة اتصالات آمنة بين الوزارات الدنماركية لتأمين اتصالاتها. وسنحاول أيضًا إنشاء مفاتيح سرية بين كوبنهاغن وأودنس على سبيل المثال لتمكين الشركات التي لها فروع في كلتا المدينتين من إنشاء يقول توبياس جيهرينج: “الاتصالات الكمومية الآمنة”.

حقائق:

لا نعرف بالضبط ما الذي يحدث – حتى الآن.

تم تطوير مفهوم توزيع المفاتيح الكمومية في عام 1984 من قبل بينيت وبراسارد، بينما حقق الفيزيائي ورائد الحوسبة الكندي أرتور إيكيرت وزملاؤه أول تطبيق عملي لـ QKD في عام 1992. وكانت مساهمتهم حاسمة في تطوير بروتوكولات QKD الحديثة، وهي مجموعة من القواعد أو الإجراءات أو الاصطلاحات التي تحدد كيفية أداء الجهاز للمهمة.

يعتمد توزيع المفتاح الكمي (QKD) على عدم اليقين الأساسي في نسخ الفوتونات في الحالة الكمومية. الفوتونات هي الجسيمات الميكانيكية الكمومية التي تشكل الضوء.

تحمل الفوتونات في الحالة الكمومية عدم يقين أساسي، مما يعني أنه من غير الممكن أن نعرف على وجه اليقين ما إذا كان الفوتون عبارة عن فوتون واحد أو أكثر متجمع في الحالة المعينة، وتسمى أيضًا الفوتونات المتماسكة. وهذا يمنع المتسلل من قياس عدد الفوتونات، مما يجعل من المستحيل إنشاء نسخة دقيقة من الحالة.

كما أنها تتميز بالعشوائية الأساسية لأن الفوتونات موجودة في حالات متعددة في وقت واحد، وهو ما يسمى أيضًا بالتراكب. ينهار تراكب الفوتون إلى حالة عشوائية عند إجراء القياس. وهذا يجعل من المستحيل قياس المرحلة التي تكون فيها في حالة التراكب بدقة.

بشكل عام، يصبح من المستحيل تقريبًا على المتسلل نسخ المفتاح دون حدوث أخطاء، وسيعرف النظام ما إذا كان المتسلل يحاول الاقتحام ويمكنه إيقاف التشغيل على الفور. بمعنى آخر، يصبح من المستحيل على المتسلل أن يسرق المفتاح أولاً ثم يتجنب قفل الباب عند محاولة إدخال المفتاح في القفل.

يركز التوزيع الكمي المتغير المستمر (CV QKD) على قياس خصائص السوائل للحالات الكمومية في الفوتونات. يمكن مقارنة ذلك بنقل المعلومات في دفق من جميع ظلال الألوان بدلاً من نقل المعلومات خطوة بخطوة في كل لون.

حقائق:

ويدعم المشروع كل من صندوق الابتكار الدنماركي، ومؤسسة البحوث الوطنية الدنماركية، وبرنامج البحث والابتكار التابع للاتحاد الأوروبي هورايزون أوروبا، ومؤسسة كارلسبيرغ، ومؤسسة العلوم التشيكية.

تضم مجموعة البحث عدنان أي هاجومر، ونيتين جاين، وهو مان تشين، وإيفان ديركاش، وأولريك إل أندرسن، وتوبياس جيرينج.

تهدف البنية التحتية للاتصالات الكمومية الدنماركية (QCI.DK) إلى النشر الأول لتقنيات الاتصالات الكمومية الدنماركية في شبكة ذات أغراض عامة تدعم تطبيقات توزيع المفاتيح الكمومية في العالم الحقيقي.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى