Quantencomputer, die theoretischen Grundlagen

⦁ ⦁ Autor: Sophia Chen. ⦁ Sophia Chen Wissenschaft
⦁ Datum der Veröffentlichung: 02.02.17. 02.02.17
⦁ Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07:00. 07:00

Physiker, Laser und ein Flugzeug: Umweltgifte unter Quanten-Kryptographie

In einer klaren Nacht im September letzten Jahres in eine kleine Ontario Flughafen, zwei Piloten, zwei Wissenschaftler und Ingenieur startete in einem kleinen Flugzeug. Sie hatte die linke Tür aus den Angeln gezogen, und ein Teleskop stieß aus dem Portal – nicht auf den Nachthimmel, sondern auf den Untergrund. Das Team wollte Fang sehr schwierig, sehr windig spielen.
Ein paar Meilen entfernt, ihre Kollegen gesammelt in einem Anhänger zu den winzigen Baseballs lob: Infrarot-Photonen, strahlte aus einem Laser, die die Ebene entlang seiner Flugbahn kilometerhohen verfolgt. In das Handwerk über Kreuzfahrt, Physik Doktorandin Chris Pugh und die anderen verschwenkt ihre Teleskop zu fangen die Photonen, eins nach dem anderen. Auf ihren besten Lauf sie über 800.000 Photonen in nur wenigen Minuten gefangen, aber es war nicht einfach. "Aus jedem 10.000 Photonen schickten sie, wir würden eins zu bekommen", sagt Pugh, an der University of Waterloo Studium. "Eins bis hundert von ihnen."
Der Punkt dieses Hochgebirgs Spiels war, eine Technologie, bekannt als Quanten-Kryptographie zu testen. Jahrzehntelang haben Experten behauptet, dass wenn richtig ausgeführt, Quantenkryptographie sicherer als jede Verschlüsselungstechnik, die heute verwendet werden. Sie sagen auch, es wird einer der Linien der Verteidigung beim Quantencomputer jeden bestehenden Algorithmus zu knacken. Aber es ist schwer zu ziehen aus; Quanten-Kryptographie erfordert präzise Steuerung der einzelnen Photonen über eine lange Distanz. Pugh Gruppe war der erste, der erfolgreich die Technologie vom Boden zum Flugzeug zu testen.
Es funktioniert folgendermaßen: der Sender überträgt sorgfältig vorbereitete Photonen über Glasfaser oder durch die Luft, an einen Empfänger. Der Empfänger liest die Photonen wie Morsezeichen, körperliche Signale entsprechend einem Buchstaben oder einer Zahl. Anstelle des Zuhörens für lange und kurze Pieptöne, Pugh und seine Kollegen gemessen wie die Photonen ausgerichtet sind – was Physiker Polarisation nennen. In ihr Setup konnte Photonen in vier Richtungen polarisiert werden, und das Team übersetzt diese Polarisierung in 1 und 0 ist: eine binäre Nachricht als einen kryptografischen Schlüssel bekannt. Mit diesem Schlüssel, ein Absender kann ihre Daten verschlüsselt und nur ein Empfänger mit dem Schlüssel die Nachricht entschlüsseln kann.
Quanten-Kryptographie ist so mächtig, weil es physisch unmöglich für einen Hacker, einen Schlüssel mit Quantenteilchen codiert zu stehlen. In der Quantenwelt wenn Sie messen oder ein Partikels beobachten ändern Sie diese. Es ist wie Schrödinger Katze, die ist tot und lebendig, wenn Sie nicht suchen, aber sofort werden eine oder die andere, wenn du siehst. Wenn Sie versuchen, einen Quanten-Schlüssel zu messen, Sie sofort ändern – und durch Design, wird der Absender kennen und werfen den Schlüssel heraus. "Es ist sicher von den Gesetzen der Natur," sagt der Physiker Thomas Jennewein, wer die Arbeit an der University of Waterloo geführt.
Kommerzielle Quanten-Kryptographie-Produkte gibt es schon seit über 15 Jahren, aber sie haben nur eine begrenzte Reichweite. "Sie können Sicherheit zwischen dem weißen Haus und dem Pentagon oder aus dem Augenwinkel eine Militärbasis, garantieren", sagt Caleb Christensen, chief Scientist bei MagiQ Technologies, ein Boston-Bereich-Unternehmen, die kommerziellen Kryptografie Quantensysteme macht. "In der Telekom-Branche ist das viel zu kurz." Bisher wurden Menschen Quanten Schlüssel nur 250 Meilen senden können.
Diese Technologie wird wichtig sein, wenn Computer für aktuelle Verschlüsselungs-Algorithmen zu mächtig geworden. Es dauert heutiger Computer weit länger als das Alter des Universums, eine verschlüsselte Nachricht zu entschlüsseln wird, aber es ein Kinderspiel für Quantencomputer. "Stunden oder Tage im Gegensatz zum Alter des Universums, kann es dauern", sagt Pugh.
Dennoch wird nicht Quantenkryptographie Techs Sicherheit Retter sein. Die meisten Hacks sind heute durch einfaches menschliches Versagen. "Die meiste Zeit bei eine Kapitalgesellschaft gehackt wird, es nicht unbedingt weil jemand hereinkam und ihre Telefonleitung zusammengefügt", sagt Christensen. "Wenn Sie alle Ihre Geheimnisse, verlieren weil jemand Phishes die E-mail von Ihrem Mittelmanagement, du wirst nicht um Millionen von Dollar, die Installation eines Quanten-Kryptographie-Backbone zu verbringen."
Das letztendliche Ziel soll für diejenigen mit höheren Sicherheitsstandards Quanten Schlüssel zu einem Satelliten liefern, die es ermöglichen könnte, Quanten-gesicherte Nachrichten rund um den Globus senden. Im August letzten Jahres ins Leben gerufen der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Zusammenarbeit mit österreichischen Physiker, einen Satelliten namens Quantum Experimente im Weltraum Maßstab, obwohl sie es nicht erfolgreich einen Schlüssel gesendet haben.
Jennewein Team hat seit über drei Jahren für eine Satellitenmission geprobt. Im Jahr 2013 begannen sie einen Umzugswagen Quanten Schlüssel schicken. Nun, da sie gezeigt haben, dass sie genügend Quanten-Signal über eine Meile von der Erdatmosphäre übertragen können, will Jennewein, einen Schlüssel 300 Meilen in die Luft, um einen Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn zu strahlen. Mit der richtigen Finanzierung glaubt Jennewein, sein Team könnte es in zwei oder drei Jahre. Er ist optimistisch: "das Flugzeug-Experiment ist in mancher Hinsicht, härter als eine tatsächliche Satelliten", sagt er. " Ein Satellit hat viel glatter und besser vorhersagbare Bewegung als ein Flugzeug." Fragen Sie einfach Pugh.
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https://www.wired.com/2017/02/physicists-test-quantum-cryptography-playing-catch-photons-plane/
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