Кванттық ақпаратты беру принциптерін зерттеу кванттық криптография мен байланыс арналарын қарастырумен байланысты. Криптография — бұл Шифр туралы ғылым. Бұл криптоаналитик, криптоанализ маманы үшін жіберілген хабарламаны пайдасыз ету үшін ашық хабарламаны өзгерту әдістерінің үлкен саны.
Мақалада кванттық-криптографиялық жүйелерде ақпаратты жіберу принциптері қарастырылған. Нәтижесінде коммуникацияларды қорғау құралы ретінде кванттық криптография туралы білім алынды, сондай-ақ кванттық ақпаратты жіберу процесі зерттелді.
Түйін сөздер: поляризациялық кодтау , фотон, оптикалық талшық.
Изучение способов передачи квантовых сообщении связано с квантовой криптографии и каналов связи. Криптография — это наука о шифрах. Она представляет собой большое количество способов изменения открытого сообщения для того, чтобы передаваемое информация стало бесполезным для криптоаналитика, специалиста по криптоанализу.
В статье рассмотрены принципы передачи информации в квантово-криптографических системах. В результате были получены знания о квантовой криптографии, как средство защиты коммуникаций, а также изучен процесс передачи квантовой информации.
Ключевые слова : поляризационное кодирование, фотон, оптическое волокно.
Кванттық криптография-кванттық физиканың белгілі бір құбылыстарына негізделген коммуникацияларды қорғау әдісі. Ақпараттың құпиялығын қамтамасыз ету үшін математикалық әдістерді қолданатын дәстүрлі криптографиядан айырмашылығы, кванттық криптография ақпарат физикасына бағытталған, өйткені ол кванттық механика объектілері арқылы ақпарат берілетін жағдайларды қарастырады. Ақпаратты өңдеу және қабылдау процесі әрдайым физикалық құралдармен жүзеге асырылады, мысалы, электр тогындағы электрондардың немесе талшықты-оптикалық байланыс желілеріндегі фотондардың көмегімен. Тыңдауды физикалық объектілердің белгілі бір параметрлерін өлшеу ретінде қарастыруға болады-біздің жағдайда ақпарат тасымалдаушылар.
Практикалық қосымшалар саласына ең көп енетін кванттық ақпараттың бағыттарының бірі-кванттық криптография. Криптографияның міндеті-екі тарап арасында ақпаратты беру, осылайша беруді ұстап алу немесе құпия кодты білу әрекеті сәтсіздікке ұшырайды. Классикалық криптографияның заманауи әдістерімен бұл мәселе дерлік шешіледі, мысалы, құпия кодты құруға негізделген «симметриялық" криптожүйе аясында.
Кванттық криптография технологиясы кванттық жүйенің мінез — құлқының негізгі белгісіздігіне негізделген-координаталар мен бөлшектердің импульсін бір уақытта алу мүмкін емес, фотонның бір параметрін басқасын бұрмаламай өлшеу мүмкін емес. Физикадағы табиғаттың бұл іргелі қасиеті гейзен-Берг белгісіздік принципі ретінде белгілі (1927). Кванттық құбылыстарды қолдана отырып, сіз әрдайым тәттілендіруді анықтай алатын байланыс жүйесін жобалап, құра аласыз. Бұл кванттық жүйеде өзара байланысты параметрлерді өлшеу әрекеті оған бастапқы сигналдарды бұзып, бұзушылықтар тудыратындығымен қамтамасыз етіледі, яғни каналдағы шу деңгейі бойынша заңды пайдаланушылар тосқауылдың белсенділік дәрежесін тани алады.
Ашық кеңістікте таралатын фотондар екі жақты сыну құбылыстарын сезінбейді. Сондықтан, бұл орталар поляризациялық кодтау үшін талшыққа қарағанда жақсы. Алайда, атмосфера басқа Шу әсеріне әкеледі. Төменде осы ерекшеліктердің кейбіреуі қарастырылған.
Ашық кеңістік (жер атмосферасы) оптикалық талшыққа балама бола отырып, әртүрлі толқын ұзындығының фотондарын беру үшін кең мүмкіндіктер береді. Бұл жағдайда генераторлар мен радиациялық қабылдағыштар ретінде лазерлер мен фотодетекторлар қолданылады (қарапайым мысал — қашықтан басқару құралы). Қазіргі заманғы сымсыз деректер беру жүйелері жарық сигналдарын 160 Гбит/с дейінгі жылдамдықпен бірнеше километр қашықтыққа (коммерциялық жүйелер — 2,5 Гбит/с дейін) жіберуге қабілетті.
Оптикалық талшық сияқты, белгілі бір энергиялардың фотондары үшін берілудің үлкен тиімділігіне қол жеткізіледі (1-сурет). Толқын ұзындығы 1 см-ден асатын сәулелену үшін ең мөлдір Жер атмосферасы. Өкінішке орай, сантиметрлік диапазондағы фотондарды қолдана отырып, кванттық криптография хаттамаларын практикалық іске асыру Фотон энергиясының аздығына байланысты мүмкін емес, сондықтан оны тиімді анықтау мүмкін емес, сондықтан екі спектрлік терезелер ең қолайлы: 0,3–1,3 мкм және 1,5–1,8 мкм, әсіресе осы диапазондардағы Фотон генераторлары мен қабылдағыштары жақсы дамыған және фотондарды оптикалық талшық арқылы беру кезінде кеңінен қолданылады [1].
1-сурет. Әр түрлі сәулеленуге арналған Жер атмосферасының мөлдірлігі толқын ұзындығы
Фотондарды атмосфера арқылы беру кезінде шығындардың төрт негізгі түрі бар: дифракциялық шығындар, статикалық атмосфералық шығындар (шашырау және сіңіру), атмосфераның турбуленттілігі, оптикалық шығындар.
— Дифракциялық шығындар беріліс қашықтығының ұлғаюымен жарық сәулесінің диаметрінің ұлғаюына әкеледі.
— Статикалық атмосфералық шығындар атмосфераның турбуленттілігі болмаған кезде пайда болады және пайдалы сигналдың шашырауы мен жұтылу процестері болып табылады. Сонымен қатар, жаңбыр немесе жеңіл тұман сигнал беруді қиындатады немесе тіпті мүмкін емес етеді. Бұл жағдайда сигналдың сөнуі оның Зенитке қатысты таралу бұрышына да байланысты және бұрыш 0° — дан 50° — қа өзгерген кезде 3–5 % өзгереді.
— Атмосфераның турбуленттілігі бірқатар жағымсыз әсерлерге әкелуі мүмкін: жарық сәулесінің диаметрінің ұлғаюы дифракциялық шығындарға, жарық сәулесінің ауытқуына, когерентті шығындарға, оның орташа мәніне жақын сәуленің қарқындылығының ауытқуына байланысты.
— Оптикалық шығындар сигналды қабылдау-беру үшін телескоптарды қолданумен байланысты: қабылданған сәуленің диаметрі тым үлкен болуы мүмкін, нәтижесінде шығындар болуы мүмкін.
Жалғыз фотондар жағдайында қосымша мәселе фондық сәулелену (күн, ай, жұлдыздардың жарығы) болып табылады, сондықтан практикалық схемалардың маңызды элементі қабылдағыш пен таратқыш арасындағы синхрондау болып табылады, осылайша фотодетектор басқа фотонның келу кезінде қысқа уақытқа ғана қосылады.сыртқы фотондардың тіркелу ықтималдығын азайту үшін.
Әлсіз бір фотонды сигналдар сипатталған кедергілерге көп ұшырайды, сондықтан тиімді берілу жылдамдығы мен қашықтығы күрт төмендейді. Бұл мәселені шешу үшін 300-ден 30 000 км-ге дейінгі әртүрлі орбиталарда спутниктерді қолданатын кванттық криптография схемалары ұсынылды.бұл жағдайда берілістің тиімділігі атмосфераның тығыздығы жер үстіндегі биіктіктің өсуімен төмендейді және Фотон 300 км орбитада орналасқан спутникке жеткенде шығындар планетаның бетіне 10–15 км өткенде шығындармен салыстырылады. Бүгінгі таңда бірнеше топтар 7,8 км және 13 км ашық кеңістіктегі жалғыз фотондарды тиімді жеткізе алды [2].
Атмосфераны фотонды беру ортасы ретінде пайдалану оптикалық сигналдарды беру және қабылдау үшін эксперименттік қондырғыларда телескоптарды пайдалану қажеттілігіне әкеледі.
Қорытынды
Кванттық-криптографиялық жүйелерде кванттық ақпаратты беру принциптері зерттелді. Ақпаратты беру принциптерін зерделеу кезінде оны беру әдісі қарастырылды: атмосфера арқылы. Кванттық ақпаратты атмосфера арқылы беру кезінде шығындардың төрт түрі бар: дифракциялық шығындар, статикалық атмосфералық шығындар (шашырау және шөгу), атмосфераның турбуленттілігі, оптикалық шығындар.
Әдебиет:
- Килин С. Я. Квантовая криптография: идеи и практика / С. Я. Килин, Д. Б. Хорошко — Минск: Беларуская наука, 2007. — 391 с.
- Харин, Ю. С. Математические основы криптологии / Ю. С. Харин, В. И. Берник, Г. В. Матвеев. — Минск: БГУ, 1999. — 319 с.
