Швейцарський фізик Ніколя Жизан про комунікації майбутнього
З китайського космодрому "Цзюцюань" 16 серпня злетіла ракета-носій "Чанчжен-2D" з першим в світі супутником квантової зв'язку QUESS (Quantum Experiments at Space Scale). Літальний апарат масою 500 кг вийшов на гелиостационарную орбіту на висоті 1000 км і буде здійснювати оборот навколо Землі за 90 хв. У разі успіху експерименту Китай планує вивести на орбіту серію супутників квантової зв'язку для створення глобальної комунікаційної мережі. Про значення події для світової науки і економіки розповів "ДС" професор Женевського університету Ніколя Жизан.
"ДС" Господин Жизан, які головні завдання запущеного Китаєм квантового супутника?
Н.Ж. Взагалі квантова зв'язок — це революційна зв'язок нового покоління, що дозволяє створити безпечні лінії комунікацій на далекі відстані. В таких системах використовується унікальне квантове шифрування, що забезпечує абсолютну безпеку передачі даних. Що стосується китайського QUESS, то він призначений для проведення експериментів по космічної зв'язку з використанням квантового шифрування. Головне завдання — перевірка й удосконалення технології. Протягом двох років у процесі реалізації місії QUESS апарат буде забезпечувати зв'язок з допомогою передачі квантових ключів між двома наземними станціями, розташованими в Пекіні та Відні. Також за допомогою супутника планується провести досліди з квантової телепортації.
"ДС" У чому головна перевага квантових систем зв'язку?
Н.Ж. Головна проблема всіх найбільш просунутих на сьогодні засобів передачі інформації полягає в тому, що їх в принципі можна зламати, застосувавши хоч і складні, але вже доступні методики. Крім того, дані, що надходять, можна просто перехопити по шляху їх надходження до одержувача. А ось використовувані китайцями квантові мережі не дозволяють вважати інформацію. Принаймні поки таких методик точно не існує, та й навряд чи вони з'являться в найближчому майбутньому. Крім очевидних переваг щодо безпеки, у квантової зв'язку є ще одна перевага — дуже висока швидкість передачі даних.
"ДС" Як працює технологія квантового шифрування?
Н.Ж. На борту штучного супутника QUESS, неофіційна назва якого "Мо-цзи" (на честь давньокитайського філософа, який жив у IV–V століттях до нашої ери і розробив філософське вчення про загальної любові. — "ДС") перебуває обладнання, що створює квантовий канал зв'язку між самим супутником і наземними станціями. Квантове шифрування засноване на тому, що інформацію про ключі несуть поодинокі фотони у вигляді своїх характеристик, таких як поляризації, фази і пр. Якщо хтось спробує перехопити інформацію, квантовий стан фотона порушиться, і це відразу ж помітить одержувач повідомлення при звірці ключа.
"ДС" Як відбувається процес шифрування?
Н.Ж. На одиночних квантах шифрують випадкову послідовність біт і передають їх одержувачу, який зчитує значення цієї випадкової послідовності біт, а потім частково відкриває. По відкритому каналу можна визначити рівень помилок. Якщо цей рівень вище допустимого, значить, був перехоплення, і цей ключ можна використовувати для передачі інформації. Якщо квантові стани залишилися незмінними, ключ застосовують для шифрування. Таким чином, надійність зв'язку перевіряється моментально, в режимі онлайн.
"ДС" Який рівень помилок припустимо?
Н.Ж. Вважається, що якщо рівень помилок більше 11%, то ключ скомпрометований і використовувати його не можна. Якщо менше, помилки можна виправити і використовувати класичну технологію підвищення секретності, яка видалить потенційно перехоплену інформацію. Це зробити досить просто за допомогою вже давно існуючих комп'ютерних програм.
"ДС" Чому для реалізації технології квантової зв'язку потрібно запускати супутник, не можна таку передачу даних використовувати на Землі?
Н.Ж. В принципі можна, але поки впровадження системи може складністю передачі квантових ключів на великі відстані, оскільки відбувається процес поглинання або розсіювання фотонів навіть деякими молекулами газів. У зв'язку з цим дальність квантової комунікації зараз обмежується кількома сотнями кілометрів: рекорд складає всього 400 км. А безповітряний космічний простір забезпечує безперешкодне переміщення фотонів на великі відстані, попутно атмосферні пересування частинок скорочуються в часі. Розмістивши супутники зв'язку на геостаціонарній орбіті, можна забезпечити безперебійно працює глобальну квантову комунікацію.
"ДС" Квантові супутники створює тільки Китай та інші країни також?
Н.Ж. Такі технології в активній розробці в Японії. Думаю, всього через кілька місяців вона теж запустить квантовий супутник. Спочатку КНР і Японія знали про те, що створюють аналогічні системи і змагалися, хто перший виведе квантовий супутник на орбіту. У підсумку В цій технологічній гонці виграв Китай, але подивимося, що покаже світу його найближчий конкурент. Відомо також, що над такою ж квантової системою працюють і США, але американці воліють не афішувати свої експерименти, так що які козирі у них в рукаві ніхто не знає.
"ДС" Що дадуть світові квантові комунікації?
Н.Ж. Технологія дозволить інформації переміщатися без будь-якого фізичного носія на величезній швидкості. Хоча квантовий комунікаційний супутник запущений поки тільки Китаєм, такі технології стрімко розвиваються. Я впевнений, що і багато інші країни в осяжному майбутньому стануть використовувати квантову передачу даних і прийдуть до створення глобальної квантової комунікаційної мережі. Сверхзащищенный, надшвидкісний вид зв'язку матиме величезний вплив на світову економіку, спростивши банківські операції, мобільні платежі, забезпечить надежнейшую захист особистої інформації, фінансових транзакцій, а також військового зв'язку. Впевнений, що в майбутньому квантової мережі зв'язку отримають таке ж поширення, як сучасні телекомунікаційні.
"ДС" Ви згадували, що в рамках місії QUESS пройдуть експерименти з телепортації. Це передбачає переміщення об'єктів у просторі?
Н.Ж. Не варто плутати квантову телепортацію з телепортацією, описаної у фантастичних фільмах і романах. Думаю, остання в принципі здійсненна, але у віддаленому майбутньому. Що стосується квантової телепортації, то переміщається не об'єкт, а інформація про його квантовому стані. Всі квантові об'єкти, включаючи фотони, елементарні частинки, атоми одного виду абсолютно однакові. Тому якщо атом в точці прийому набуває квантовий стан, ідентичне атому в точці передачі, то це еквівалентно створення копії атома в точці прийому. Тобто якщо перенести квантовий стан всіх атомів об'єкта, то в місці прийому виникне його ідеальна копія.
"ДС" Як таку технологію можна використовувати на практиці?
Н.Ж. Вчені всіх країн вже давно б'ються над створенням повноцінного оптичного квантового комп'ютера, де носіями інформації будуть фотони. Саме ефект квантової телепортації — самий перспективний шлях для розробки таких машин, швидкість роботи і рівень вирішення завдань яких незрівнянно вище, ніж у існуючих. Крім того, квантові комп'ютери будуть реалізовувати "холодні" обчислення, працюючи практично без витрат енергії.
