Kvant kriptografiyasining texnologik muammolari 9
impulsda bitta foton mavjud. Fotonlarni ishlab chiqarishning boshqa usullari mavjud, ammo ular hali ham fotonlarni yaratish jarayoni samarasiz ekanligini va qurilmalar hali ham amaliy vaziyatlarda foydalanish uchun juda murakkab ekanligini bartaraf eta olmaydi.
Bitta foton yaratgandan so'ng, foton kvant kanali orqali yuboriladi. Kvant kanali optik tola yoki shunchaki bo'sh joy bo'lishi mumkin. Fotonlarning optik tola bo'ylab tarqalishi eng mantiqiy bo'ladi, chunki u telekommunikatsiyalarda keng qo'llaniladi va yuqori sifatli. Optik tolalardagi fotonlar uchun ishlatiladigan to'lqin uzunligi 1300 yoki 1500 nm atrofida. Ushbu to'lqin uzunliklari uchun optik tolaning susayishi 0,35 va 0,20 dB / km ni tashkil qiladi, ya'ni fotonlarning yarmi mos ravishda 9 va 15 km dan keyin yo'qoladi. Biroq, optik tolalardan foydalanishning asosiy kamchiliklaridan biri shundaki, to'lqin uzunligi 1000 nm dan yuqori bo'lgan fotonlarni aniqlay oladigan detektorlar hali ham mavjud emas. Bunday detektorlarni ishlab chiqish hali ham davom etmoqda va men bu masalaga keyinroq qaytaman. 1000 nm dan yuqori foton to'lqin uzunliklari uchun yaxshi detektorlar mavjud bo'lmasa-da, 800 nm atrofida to'lqin uzunliklari uchun samarali foton detektorlari mavjud bo'lib, ular ham tijoratda mavjud. Biroq, agar 800 nm to'lqin uzunligi ishlatilsa, hozirgi vaqtda mavjud optik tolalar to'lqin uzunligi mos kelmasligi sababli kvant kanali sifatida foydalanilmaydi. Bunday holda, fotonlarning tarqalishi bo'sh bo'shliqda uzatishni yoki maxsus tolalardan foydalanishni talab qiladi. Afsuski, har qanday maxsus tolalarning sifati optik tolalar sifati kabi yuqori emas. Sifat pastligidan tashqari, maxsus tolalar optik tolalarga nisbatan amaliy kamchilikka ham ega, chunki optik tolali tarmoqlar allaqachon mavjud va maxsus tolalar keng qo'llanilmaydi.
Optik tolalardan tashqari, optik tolalardan foydalanishga nisbatan ba'zi afzalliklarga ega bo'lgan bo'sh joy uzatishni ham ko'rib chiqishimiz mumkin. Atmosfera taxminan 770 nm da yuqori uzatish oynasiga ega, bu erda fotonlarni tijorat yuqori samarali hisoblagich modullari bilan aniqlash mumkin. Bundan tashqari, bu to'lqin uzunliklarida atmosfera ta'sirida fotonning qutblanish holati o'zgarmaydi. Biroq, bo'sh joyda signal uzatish bir qator kamchiliklarga ega. Optik tolalardan farqli o'laroq, bo'sh bo'shliqda uzatiladigan energiya tarqaladi, bu esa turli xil uzatish yo'qotishlariga olib keladi. Bundan tashqari, atrof-muhit yorug'ligi qabul qilgichga kirishi mumkin, natijada xatolar ko'payadi. Yaxshiyamki, bu xatolar spektral filtrlar va vaqtni kamsitish yordamida kamaytirilishi mumkin. Nihoyat, erkin kosmosda uzatish atmosfera sharoitlariga bog'liq va faqat ochiq havoda mumkin. Shuning uchun, bo'sh joy kanallarini amalda qo'llashdan oldin ularni yaxshilash kerak.
Eng ishonchli variant foton tashuvchi sifatida optik tolalardan foydalanish bo'lsa-da, biz buning uchun yangi detektorni ishlab chiqish zarurligini ko'rdik. Fotonni aniqlash printsipial jihatdan fotonik ko'paytirgichlar, ko'chki fotodiodlari, ko'p kanalli plitalar yoki o'ta o'tkazuvchan Jozefson birikmalari kabi texnologiyalar yordamida amalga oshirilishi mumkin. Ideal detektor quyidagi talablarga javob berishi kerak:
u katta spektral diapazonda kvantni aniqlash samaradorligiga ega bo'lishi kerak
shovqin darajasi, ya'ni foton kelmasdan signal yaratish kichik bo'lishi kerak
vaqtinchalik jitter, ya'ni fotonlarni aniqlash va elektr signalini yaratish o'rtasidagi vaqt o'zgarishi kichik bo'lishi kerak.
yuqori ma'lumotlarni uzatish tezligini ta'minlash uchun tiklash vaqti qisqa bo'lishi kerak .
detektor tijorat maqsadlarida foydalanish uchun mos bo'lishi kerak
Afsuski, bu mezonlarning barchasini qondirish mumkin emas. Silikon ko'chki fotodiodlari hozirda eng yaxshi tanlovdir. To'lqin uzunligi 1100 nm dan kam bo'lgan fotonlar uchun 700 nm to'lqin uzunligida kvant samaradorligi 70%, vaqt jitteri taxminan 300 ga teng bo'lgan tijorat detektorlari mavjud.
ps, 5 MGts dan yuqori maksimal hisoblash tezligi va harorat uchun 50 Gts shovqin chastotasi
-20 C. 1100 nm dan yuqori fotonlar uchun faqat ko'chki fotodiodlari germaniy yoki InGaAs fotodiodlari mavjud. Ushbu detektorlar silikon fotodiodlarga nisbatan nisbatan yomon ishlashga ega. Afsuski, 1100 nm dan yuqori to'lqin uzunliklarida ishlash uchun fotodiodlarni optimallashtirish bo'yicha sanoat harakatlari amalga oshirilmagan. Biroq, 1100 nm dan yuqori to'lqin uzunliklarida ishlaydigan fotodiodlar pastdan ko'ra nozikroq bo'lishi uchun hech qanday jismoniy sabab yo'q. Savdo mahsulotlarining etishmasligining amaliy sababi kremniyning tarmoqli kengligi juda yuqori va shuning uchun fotonlarni hisoblash uchun etarlicha sezgir emas. Bundan tashqari, fotonik hisoblagichlar bozori hali etuk emas. Ammo bu muammolar hal etilsa, kvant kriptografiyasining kelajagi oldinga katta qadam tashlaydi.
Xulosa va xulosalar
Agar kvant kriptografiyasini klassik kriptografiya bilan solishtiradigan bo‘lsak, kvant kriptografiyasining o‘ziga xos hissasi shundaki, u tinglashlarni aniqlash mexanizmini taqdim etadi. Boshqa tomondan, kvant kriptografiyasining eng katta kamchiliklaridan biri bu autentifikatsiya mexanizmining yo'qligi. Shuning uchun kvant va klassik kriptografiya qo'shimcha vositalar sifatida eng yaxshi qo'llaniladi. Masalan, kichik autentifikatsiya kaliti birinchi navbatda klassik usullardan foydalangan holda xavfsiz kanal orqali almashtiriladi. Keyinchalik bu kalit kvant kriptografik usullar bilan ixtiyoriy uzunlikka mustahkamlanishi mumkin.
Biroq, kvant kriptografiyasini amalda qo'llashdan oldin hali ko'p ish qilish kerak. Birinchidan, kvant protokollari kompyuter tarmoqlariga kengaytirilishi kerak va bu xatolarni tuzatish va aniqlashning yanada murakkab mexanizmini talab qiladi. Ikkinchidan, shovqin mavjudligida hujumni aniqlashni tushunishga katta ehtiyoj bor. Bundan tashqari, aniqlash algoritmlarini yaxshiroq tushunish kerak. Ko'pgina kvant hujumlarini aniqlash algoritmlari maxsus tinglash strategiyalariga asoslanganligi sababli, ular boshqa tinglash sxemalariga qarshi ishlamaydi. Shuning uchun, faqat bitta strategiyani emas, balki yashirin tinglash strategiyalarining katta sinflarini bajara oladigan bosqinlarni aniqlash algoritmlarini ishlab chiqish muhimdir. Nihoyat, kvant kriptografiyasi standartlariga javob beradigan texnologiyani takomillashtirish kerak. Ko'rib turganimizdek, haqiqiy bitta fotonli lazerlar va samarali foton detektorlari hali ham ishlab chiqilmoqda.
Kvant kriptografiyasi hali hal qilinishi kerak bo'lgan ko'plab muammolarga ega bo'lsa-da, kvant kriptografiyasi va umuman kvant hisoblash sohasi hali ham to'liq rivojlanmoqda . Shuning uchun, har qanday holatda, biz kvant kriptografiyasi uchun yorqin kelajakni kutishimiz mumkin.
|
