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Por que a Internet quântica está sendo construída no espaço e quem já está implementando esses projetos

Acredita-se que as redes quânticas de satélite sejam a maneira mais eficiente de implantar sistemas globais de distribuição de chaves criptográficas. Contamos quem já está trabalhando nessa direção e conversamos sobre os possíveis problemas dessa abordagem.


/ Unsplash / NASA

O que são redes quânticas?


Uma rede quântica é um sistema de transmissão de dados cuja operação obedece às leis da mecânica quântica. A troca de informações ocorre usando fótons - fótons polarizados transmitidos por um canal de comunicação óptico. A tecnologia é um componente importante dos sistemas de distribuição de chaves criptográficas . Nesse sistema, o remetente e o receptor têm um canal de comunicação óptico aberto e passam um ao outro uma chave para criptografar pacotes.

A segurança da conexão é fornecida pelas leis fundamentais da física. Os fótons são muito "frágeis" e são destruídos quando lidos. Por esse motivo, é quase impossível “escutar” as redes quânticas - uma tentativa de ataque do MITM é imediatamente óbvia para o lado receptor.

E aqui está o espaço


Vários engenheiros estão convencidos de que as redes quânticas de satélite são a maneira mais conveniente e economicamente viável de construir sistemas de distribuição de chaves criptográficas globais. Mas primeiro, vamos falar sobre outra tecnologia promissora - repetidores quânticos.

Os fótons são absorvidos pelo meio devido à interferência, por isso é difícil transmiti-los por longas distâncias (cerca de 100 km). A tarefa dos repetidores quânticos é evitar perdas na transferência de partículas através da fibra óptica. Hoje, esses sistemas são desenvolvidos por engenheiros holandeses. Eles estão construindo uma rede de testes de 10 km entre Haia e a cidade de Delft. Também nesta área estão os físicos japoneses.

Mas os repetidores quânticos têm várias desvantagens. Eles permitem conectar apenas dois pontos entre os quais o cabo de fibra ótica é esticado. Ao transmitir os dados em uma cadeia, os repetidores os decodificam e os codificam novamente - essa abordagem pode levar a vazamentos no caso de um nó comprometido. A fabricação de tais dispositivos também requer ímãs caros e minerais raros. Ao mesmo tempo, os repetidores quânticos estão nos estágios iniciais de desenvolvimento e não se fala em sua aplicação prática em larga escala.

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/ Unsplash / Shahadat Rahman

Portanto, alguns engenheiros estão trabalhando em abordagens alternativas para construir redes quânticas e sistemas de distribuição de chaves criptográficas com base nelas. Um grupo de físicos de universidades dos EUA, Japão e China considerou que o método mais eficaz seria escanear um grupo de satélites em órbita que transmitem fótons ao solo através de lasers. Em seu trabalho científico, os engenheiros fornecem cálculos e resultados de simulação, o que mostrou que a melhor opção é implantar 400 satélites a uma altitude de 3 mil quilômetros ( p . 10 ).

Essa abordagem permitirá enviar chaves de até 7,5 mil quilômetros - por exemplo, de Londres a Mumbai. Para repetidores quânticos, esses indicadores ainda não estão disponíveis - eles precisam ser definidosa uma distância de 200 km um do outro.

Quem já está implementando projetos espaciais


Em 2016, os engenheiros chineses lançaram um satélite de comunicações quânticas. Um ano depois, eles conseguiram transferir o qubit para uma distância de mais de 1200 km. O dispositivo ficou em uma órbita de 500 km e transmitiu fótons usando um laser para uma estação receptora no Tibete. Em 2018, a tecnologia já foi testada na prática. Cientistas chineses realizaram uma videoconferência de 75 minutos com colegas da Academia Austríaca de Ciências em um canal seguro.


/ Unsplash / Kevin Quezada Os

físicos na Alemanha também estão envolvidos em projetos quânticos espaciais. Em 2017, eles instalarampara a transmissão e o teletransporte de fótons "emaranhados", você pode usar satélites de comunicação convencionais. Na mesma época, especialistas da Sociedade de Pesquisa Científica Max Planck iniciaram o desenvolvimento de um satélite fotografado para criptografia quântica. Os planos são projetar um computador de bordo especial para processamento de sinais.

Quem se opõe


Um grande número de satélites quânticos especializados pode criar inconvenientes adicionais. Acredita-se que os primeiros satélites Starlink lançados pela SpaceX já interfiram nas observações da Terra. Também se refere a uma superabundância potencial de detritos na órbita da Terra. A Comissão Federal de Comércio dos EUA (FTC) propôs o desenvolvimento de vários documentos que permitirão que esse problema seja resolvido, mas muito provavelmente esse problema não pode ser resolvido apenas pelos padrões de papel. Precisamos de novos sistemas para limpar a órbita e ferramentas para rastrear detritos e satélites no espaço.

Materiais sobre redes e protocolos no blog VAS Experts:

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

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