Get best of the week

لماذا يتم بناء الإنترنت الكمي في الفضاء ، ومن يقوم بالفعل بتنفيذ مثل هذه المشاريع

يُعتقد أن الشبكات الكمومية الساتلية هي الطريقة الأكثر فعالية لنشر أنظمة توزيع مفاتيح التشفير العالمية. نقول من الذي يعمل بالفعل في هذا الاتجاه ، ونتحدث عن المشاكل المحتملة لهذا النهج.


/ Unsplash / NASA

ما هي شبكات الكم؟


الشبكة الكمومية هي نظام إرسال بيانات يخضع تشغيله لقوانين ميكانيكا الكم. يتم تبادل المعلومات باستخدام الفوتونات القطبية المستقطبة المرسلة عبر قناة اتصال بصرية. تعد التكنولوجيا مكونًا مهمًا لأنظمة توزيع مفتاح التشفير . في مثل هذا النظام ، يكون لدى المرسل والمستقبل قناة اتصال بصرية مفتوحة ويمرر كل منهما الآخر مفتاحًا لتشفير الحزم.

يتم توفير أمان الاتصال من خلال القوانين الأساسية للفيزياء. الفوتونات "هشة" للغاية ويتم تدميرها عند قراءتها. لهذا السبب ، يكاد يكون من المستحيل "التنصت" على شبكات الكم - محاولة هجوم MITM واضحة على الفور للجانب المتلقي.

وهنا الفضاء


عدد من المهندسين مقتنعون بأن شبكات الكم الساتلية هي الطريقة الأكثر ملاءمة وجدوى اقتصاديًا لبناء أنظمة توزيع مفاتيح التشفير العالمية. لكن أولاً ، لنتحدث عن تقنية واعدة أخرى - مكررات الكم.

يمتص الوسط الفوتون بسبب التداخل ، لذا يصعب نقله عبر مسافات طويلة (حوالي 100 كم). إن مهمة المعيدين الكميين هي منع الخسائر في نقل الجسيمات من خلال الألياف الضوئية. اليوم ، تم تطوير هذه الأنظمة من قبل المهندسين الهولنديين. إنهم يبنون شبكة اختبار 10 كم بين لاهاي ومدينة دلفت. يوجد في هذا المجال أيضًا فيزيائيون يابانيون.

لكن المعيدين الكميين لديهم عدد من العيوب. تسمح لك بتوصيل نقطتين فقط يتم تمديد كابل الألياف الضوئية بينهما. من خلال إرسال البيانات في سلسلة ، يقوم المعيدون بفك تشفيرها ثم ترميزها مرة أخرى - يمكن أن يؤدي هذا النهج إلى تسريبات في حالة وجود عقدة مخترقة. يتطلب تصنيع هذه الأجهزة أيضًا مغناطيسات باهظة الثمن ومعادن نادرة. وفي الوقت نفسه ، فإن أجهزة إعادة الإرسال الكمي في المراحل المبكرة جدًا من التطور ولا يوجد حديث عن تطبيقها العملي على نطاق واسع.

حول ما نكتبه أيضًا في مدونة عن حبري



/ Unsplash / Shahadat Rahman

لذلك ، يعمل بعض المهندسين على مناهج بديلة لبناء شبكات الكم وأنظمة توزيع مفاتيح التشفير بناءً عليها. اعتبرت مجموعة من الفيزيائيين من جامعات في الولايات المتحدة الأمريكية واليابان والصين أن الطريقة الأكثر فعالية هي مسح مجموعة من الأقمار الصناعية في المدار الذي ينقل الفوتونات إلى الأرض عبر أشعة الليزر. في عملهم العلمي ، يعطي المهندسون حسابات ونتائج محاكاة ، والتي أظهرت أن الخيار الأفضل هو نشر 400 قمر صناعي على ارتفاع 3 آلاف كيلومتر ( ص 10 ).

سيتيح لك هذا النهج إرسال مفاتيح تصل إلى 7.5 ألف كيلومتر - على سبيل المثال ، من لندن إلى مومباي. بالنسبة لمكررات الكم ، هذه المؤشرات ليست متاحة بعد - يجب تحديدهاعلى مسافة 200 كيلومتر من بعضها البعض.

من ينفذ بالفعل مشاريع الفضاء


في عام 2016 ، أطلق المهندسون الصينيون قمرًا صناعيًا للاتصالات الكمومية. بعد ذلك بعام ، تمكنوا من نقل الكيوبت إلى مسافة تزيد عن 1200 كم. تم تعليق الجهاز في مدار طوله 500 كيلومتر وإرسال الفوتونات باستخدام الليزر إلى محطة استقبال في التبت. في عام 2018 ، تم بالفعل اختبار التكنولوجيا عمليًا. عقد العلماء الصينيون مؤتمرا بالفيديو لمدة 75 دقيقة مع زملائهم من الأكاديمية النمساوية للعلوم على قناة آمنة.


/ Unsplash / Kevin Quezada

الفيزيائيون في ألمانيا يشاركون أيضًا في مشاريع الكم الفضائية. مرة أخرى في عام 2017 ، قاموا بتثبيتأنه من أجل نقل الفوتونات "المتشابكة" ونقلها عن بعد ، يمكنك استخدام أقمار الاتصال التقليدية. في الوقت نفسه تقريبًا ، بدأ خبراء من جمعية ماكس بلانك للبحث العلمي في تطوير صورة ساتلية للتصوير الكمي. الخطط هي تصميم كمبيوتر خاص على متن الطائرة لمعالجة الإشارات.

من يعارض


يمكن لعدد كبير من السواتل الكمومية المتخصصة أن تخلق إزعاجًا إضافيًا. يُعتقد أن أول سواتل Starlink التي أطلقتها SpaceX تتداخل بالفعل مع رصدات الأرض. كما يشير إلى وجود فائض محتمل للحطام في مدار الأرض. اقترحت لجنة التجارة الفيدرالية الأمريكية (FTC) تطوير عدد من الوثائق التي ستسمح بحل هذه المشكلة ، ولكن على الأرجح لا يمكن حل هذه المشكلة إلا من خلال المعايير الورقية. نحن بحاجة إلى أنظمة جديدة لتنظيف المدار وأدوات لتتبع الحطام والأقمار الصناعية في الفضاء.

مواد حول الشبكات والبروتوكولات في مدونة خبراء VAS:

Source: https://habr.com/ru/post/undefined/

More articles:


All Articles