С развитием квантовых компьютеров и их постоянно улучшающейся производительностью в обозримом будущем возникнет возможность взламывать существующие методы шифрования. Исследователи из Мюнхенского технического университета (TUM) приняли участие в международном исследовательском консорциуме по разработке новых шифровальных методов с использованием физических законов для предотвращения перехвата сообщений. В рамках проекта QUICK³, который предполагает развёртывание спутников, исследователи изучают возможности обеспечения защиты связи на больших расстояниях.

Тобиас Фогль исследует источники одиночных фотонов на экспериментальной установке. Источник: Jens Meyer / Universität Jena

Одно из главных направлений работы инженеров заключается в гарантированной безопасности передачи данных через Интернет. В настоящее время данные шифруются с помощью математических методов, основанных на сложности факторизации больших чисел. Однако с развитием квантовых компьютеров, такие алгоритмы легко могут быть взломаны.

Профессор системной инженерии квантовых коммуникаций Тобиас Фогль работает над разработкой процессов шифрования, основанных на физических принципах. Он утверждает, что безопасность будет основана на кодировании информации в отдельные частицы и их передаче. Физические законы не позволят извлекать или копировать эту информацию. Когда информация перехватывается, частицы меняют свои характеристики. Благодаря таким изменениям, любая попытка несанкционированного доступа будет немедленно обнаружена.

Однако существует проблема передачи данных на большие расстояния в квантовой криптографии. В классических коммуникационных системах информация передаётся с использованием оптического волокна, где кодируется в множестве световых частиц. Однако информацию, содержащуюся в одной частице, невозможно скопировать. В результате невозможно многократно усилить световой сигнал, как это делается с использованием обычного оптического волокна. Это ограничивает дальность передачи информации несколькими сотнями километров.

Для преодоления этой проблемы исследователи планируют использовать спутники для передачи данных на большие расстояния. На высоте более 10 километров атмосфера настолько тонкая, что свет не рассеивается и не поглощается. Это позволит использовать спутники для передачи квантовой информации на большие расстояния.

В рамках миссии QUICK³ Тобиас Фогль и его команда разрабатывают систему, включающую все компоненты, необходимые для создания спутника квантовой связи. На первом этапе команда уже провела тестирование каждого из компонентов спутника, следующим шагом станет испытание всей системы в космосе. 

Исследователи будут изучать, способна ли данная технология выдержать условия космического пространства и как взаимодействуют отдельные компоненты системы. Запуск спутника запланирован на 2025 год, но для создания полноценной сети квантовой связи потребуется несколько сотен или даже тысяч спутников.

Но концепция не обязательно требует передачи всей информации с использованием этого метода, который является сложным и дорогостоящим. Возможно использование гибридных сетей, где данные могут быть зашифрованы как физическими, так и математическими методами. Профессор по кодированию и криптографии Антония Вахтер-Це работает над разработкой алгоритмов, которые не смогут взломать даже квантовые компьютеры. В будущем, это позволит шифровать большую часть информации с использованием математических алгоритмов, включая документы, требующие особой защиты, например, банковские документы.

Подробнее на iXBT