Ключ к будущему

Сравнение с подбрасыванием монеты обычно приводится здесь. Классическая физика рассматривает эту ситуацию, указывая на результат броска: монета падает либо с орлом, либо с головой вверх, другой возможности нет. Квантовая физика, однако, ставит его на другую сторону, отмечая, что монета находится в состоянии, в котором невозможно точно указать, что находится наверху, потому что наверху либо орел, либо хвост. И только когда она падает, мы видим результат — это результат измерения состояния, вещь в квантовой физике чрезвычайно важная. Но пока монета не упала, и шутка, упомянутая в начале, была рассказана, мы имеем дело с так называемой суперпозицией — термином для квантовой физики, решающим — условием, в котором обе противоположные возможности остаются одинаково вероятными.

Интенсивное развитие исследований квантовой физики позволило разработать новые технологии. Этого достаточно, чтобы заинтересовать польскую армию. Департамент инноваций Министерства обороны опубликовал в 2023 году документ «Приоритеты исследований в Министерстве национальной обороны с 2021 по 1935 год», в котором квантовые технологии помимо искусственного интеллекта и автономии были перечислены в группу так называемых прорывных технологий, то есть имеющих наибольший потенциал для поддержания высокого технологического уровня государств НАТО. Полковник Дариуш Квятковский, заместитель командующего Армией киберзащиты, учреждением, которое обеспечивает безопасность в киберпространстве и следит за возможностями и рисками, связанными с последними технологическими разработками, и пытается эффективно использовать последние технологические разработки для военных, объясняет: С помощью прорывных технологий мы можем получить продукты или решения, которые революционизируют возможности и функционирование вооруженных сил до сих пор - они не только повысят уровень информационной безопасности и устойчивости систем, но и позволят построить совершенно новые оперативные возможности, ключевые для Командования армии киберзащиты, но и войска в целом. Поэтому в Вооруженных Силах Польши сегодня анализируются организационные, технические и доктринальные изменения, которые произойдут в случае их осуществления.

Отслеживание оптический синий лазер на польском компьютер квантовый

Марек Жычковский из Института оптоэлектроники Военно-технической академии убеждает, что игра стоит свеч. Квантовые технологии – это не просто усовершенствование уже известных решений, а внедрение совершенно новых концепций. «Это качественное отличие делает эти технологии рассматриваемыми сегодня как область стратегической важности — научной, гражданской и военной», — говорит эксперт. Квантовые технологические решения не заменяют классические военные системы, а значительно повышают их устойчивость к атакам, точность и безопасность применения. «Это означает повышение надежности систем управления, распознавания и связи и повышение устойчивости к действиям противника в информационно-электромагнитной области», — заключает эксперт WAT. Это подтверждает доктор Магдалена Стобинская-Моретто из Варшавского университета, руководитель Исследовательской группы квантовых информационных технологий и недавно созданного Центра гибридных классических информационных технологий QLAB, который получил финансирование от Фонда польской науки: Квантовые технологии предлагают новые функции, которые мы не наблюдаем в существующих традиционных системах связи и криптографии.

Безопасное общение

Квантовая криптография должна быть обозначена как технология, наиболее передовая и перспективная для военного применения. Это обеспечивает совершенно новый уровень безопасности коммуникаций. «В классических системах защита информации является результатом математической сложности криптографических алгоритмов», — объясняет доктор Марек Жичковски. В будущем, с увеличением вычислительной мощности, при появлении квантовых компьютеров, она может быть нарушена. В случае квантовых коммуникаций безопасность не основана на математических расчетах, а является следствием законов физики. Хотя в традиционных методах шифрования зашифрованное сообщение может быть прочитано без ведома отправителя и получателя (хакеры могут взломать наши компьютеры, а мы можем даже не знать об этом), поэтому в квантовой криптографии любая такая ситуация может быть обнаружена. В живописном виде вопрос о безопасности квантовой криптографии представлен доктором Магдаленой Стобинской-Моретто: Поток информации можно сравнить с потоком воды в трубах. Иногда трубы не протекают, и вода течет где-то по пути, и мы можем даже не заметить. Контроль квантовой информации позволяет нам измерить каждую недостающую каплю и, таким образом, определить, была ли утечка. Такая потеря позволяет определить, безопасен ли канал связи – а в случае войск надёжные каналы связи между отдельными командирами на каждом уровне военной иерархии остаются приоритетом для сохранения преемственности принятия решений. - Квантовая криптография дает пользователям возможность проверить в режиме реального времени, подслушиваются ли они, — подчеркивает доктор Магдалена Стобинская-Моретто. Преимущества этих решений также ценятся военными. Они позволяют определить криптографический ключ между вещателем и получателем в безусловно безопасной манере, — заключает полковник DKWOC Дариуш Квятковски.

Квантовые технологии позволяют нам управлять атомами, элементарными частицами (например, электронами) и даже фотонами (маленькие порции — кванты — огни).

С ключом шифрования

Для защиты безопасности разрабатываются криптографические системы безопасности передачи данных, то есть специализированные методы шифрования, благодаря которым командиры каждой подглавы могут быть уверены, что получают правильную информацию, и при этом противник не будет знать их намерений. Одним из важных элементов для каждой криптографической системы является так называемый ключ, секретный параметр, который управляет алгоритмом и определяет, как информация зашифрована и доступна. Без него мы не можем войти в систему, передать или прочитать электронное письмо, ссылаясь на наши знания о ежедневном использовании традиционных методов шифрования данных. И именно здесь видны преимущества новых технологий: этому служит метод квантового распределения ключа, к которому для криптографии присоединяются физические явления. При общении мы используем классический канал, на который мы отправляем закодированную информацию, и квантовый канал (мы можем использовать для этого, например, передачу света в световой воде), который используется для квантового распределения криптографического ключа. Этот ключ затем используется для шифрования информации, передаваемой по классическому каналу: на той же основе, как только одна партия была доставлена получателю зашифрованное сообщение, например, в виде цифр, записанных на карте, а во второй, отдельной, была отправлена кодовая книга, через которую зашифрованное сообщение могло быть прочитано. Квантовые технологии позволяют нам управлять атомами, элементарными частицами (например, электронами) и даже фотонами (то есть мельчайшими порциями — квантами — огнями) сегодня — и именно так мы отправляем криптографический ключ в квантовый канал с помощью фотонов.

В случае квантового распределения ключей фундаментальным вопросом является не уровень шифрования, подготовленный с помощью математических трюков, а определение того, оставался ли квантовый канал безопасным в процессе связи. Если подслушивается, возникают ошибки в передаче, помехи в сигнале, и тогда полученный ключ не безопасен. Затем нужно сгенерировать новый ключ — и если он дошел до получателя без вреда, мы уверены, что никакого иностранного вмешательства не было, и сообщение безопасно.

Конкретные решения в этой области были разработаны в рамках проекта OptoCrypt. Он был инициирован и курировался войсками киберпространственной обороны, в качестве главного координатора проекта также отвечал за наблюдение и получение результатов. Он был реализован консорциумом во главе с Военно-технической академией, в котором приняли участие Государственный научно-исследовательский институт НАСК и ТЕЛДАТ. В конечном итоге были разработаны три различных продукта. Первый — квантовый генератор случайных чисел, который позволяет создавать случайные битовые строки, которые, в отличие от генераторов программного обеспечения, невозможно предсказать или повторить. Второй продукт — квантовая система обмена ключами, гарантирующая полную безопасность передачи информации по оптоволоконному каналу. И третья непитательная квантовая криптографическая система оптического фазового кодирования.

Полевое платье ионная ловушка система контроль компьютер квантовый

Развитие квантовой криптографии, включая распределение квантовых ключей, остается в сфере особого интереса DKWOC к ответственности этого учреждения за кибербезопасность. Предполагается, что внедрение технологий, устойчивых к атакам квантовых компьютеров, должно состояться около 2030 года. К тому времени мы должны быть готовы защитить важные системы от таких угроз. Как объясняет полковник Дариуш Квятковски: «Мы должны сделать все, чтобы наши системы, использующие криптографию с открытым ключом, были безопасными, то есть решения для аутентификации, обмена ключами, шифрования данных в Интернете и для цифровых подписей. Именно поэтому мы принимаем меры для обеспечения безопасности систем от возможных атак с использованием квантовых компьютеров.

Организация

Да, квантовые компьютеры. В контексте обсуждаемых здесь технологий их очень часто называют своими невероятными вычислительными возможностями. Однако мы должны помнить, что когда дело доходит до строительства этих машин и возможности их использования, вопрос все еще находится на стадии тестирования и экспериментов. В отличие от квантовой криптографии, где мы очень хорошо знаем, в чем заключается специфическая польза от использования квантовых явлений, такие преимущества пока не ясны с точки зрения вычислений и квантовых компьютеров — это уменьшает эмоции доктора Магдалены Стобинской-Морето.

В Польше также предпринимаются усилия по созданию возможностей для создания квантового компьютера. В военно-гражданском сотрудничестве разрабатывается проект под названием МИКОК (модулирующая квантовая компьютерная инфраструктура). Консорциум был создан под председательством специалистов Варшавского технологического университета, включая Силезский технологический университет, Военно-техническую академию, Военный институт вооруженных сил и НИОКР Sonovero, делегированные DKWOC специалисты, которые являются частью надзорной команды - сама команда была назначена Национальным центром исследований и разработок.

Неслучайно к строительству квантовой компьютерной инфраструктуры были привлечены специалисты различного научного и военного происхождения. Подрядчик проекта, доктор Збигнев Вавржиняк из Варшавского технологического университета, объясняет: Мы, инженеры, строим инфраструктуру оборудования, создаем полезную машину. Однако он не работает без программного обеспечения, поэтому ИТ-инженеры строят ИТ-инфраструктуру — так называемый вычислительный стек и программное обеспечение в нем.

UУправление квантовое распределение ключей OptoKRYPT2

Эксперт указывает, что классические алгоритмы не подходят для прямой передачи в квантовую область. Это связано с тем, что квантовые компьютеры работают на совершенно иных принципах, чем традиционные, поэтому способ создания квантовых алгоритмов также должен быть совершенно другим.

Создание квантового компьютера является технологическим вызовом, поэтому большое значение имеет также вопрос правильной организации в рамках проекта МИКОК и привлечения экспертов, рабочих, пользователей. Сотрудничество всех этих сред позволит проверить технологические возможности, протестировать конкретное оборудование или ИТ-решения и проверить возможности сотрудничества между различными центрами.

Доктор Збигнев Вавржиняк отмечает, что в польских условиях очень важно решить дилемму: лучше ли покупать квантовые технологии у поставщиков из-за рубежа или разрабатывать их у себя дома. И тут же отвечает: — Из-за нашей безопасности у нас должна быть собственная аппаратная инфраструктура для квантовых компьютеров. В то же время мы должны разработать собственный персонал, который сможет проектировать, строить, разрабатывать прототипы квантовых устройств, а затем использовать их. «Это поможет повысить нашу независимость в этих технологиях, тем более что у нас уже есть некоторые решения на глобальном уровне, такие как быстрая электроника управления для квантового процессора.

Что такое готовность

- Квантовый компьютер общего назначения, который понимается как масштабируемый и устойчивый к ошибкам, все еще находится на этапе передовых лабораторных испытаний, - говорит полковник Дариуш Квятковски. DKWOC также разрабатывает возможности, связанные с алгоритмами и квантовым программным обеспечением. «Мы можем конкурировать с крупнейшими в мире программными центрами или алгоритмами, что обусловлено компетенциями наших специалистов», — заключает он.

Что касается решений на высоком уровне технологической готовности, то мы уже упоминали продукты в рамках программы OptoCrypt. Одним из условий, необходимых для их реализации в Вооруженных силах Польши, является, в частности, получение сертификата криптографической защиты. Некоторые решения в области квантовой метрологии, например, датчик, подготовленный в рамках проекта VIGIMARE, представляются близкими реализациями.

Посмотреть ионный кристалл поддерживать захваченный Ионный компьютер квантовый

Однако сегодня мы должны подумать о том, что будет дальше. Доктор Збигнев Вавржиняк подчеркивает, что вопрос сотрудничества между различными средами чрезвычайно важен: военными, которые инициируют или заказывают разработку конкретных решений, учеными, которые готовят технические концепции, и производителями, которые будут производить оборудование с заданными параметрами. «Мы, инженеры, занимаемся разработкой, прототипированием, внедрением, и как технические университеты мы не можем решать все организационные вопросы в области производства, фундаментальных исследований и даже более финансовых. Следовательно, необходимость в консорциумах по разработке и внедрению нескольких доменов указывает д-р Вавржиняк. Поэтому так важно развивать военно-гражданское сотрудничество, направленное на реализацию.

Для будущего польские университеты открывают новые направления и специальности, профилированные только с точки зрения квантовых технологий. Стоит подчеркнуть сотрудничество войск с кафедрой кибернетики Военно-технической академии и взаимную поддержку в этой сфере, - говорит полковник Дариуш Квятковский. В 2025 году там была запущена новая специальность: квантовые вычисления, и через три года мы ожидаем первых специалистов в области квантовых технологий. Я надеюсь, что они будут питать DKWOC, - добавил он. WAT также создал квантовый хаб, структуру, которая экспертно поддерживает Министерство обороны в широком спектре тем в этой области. Крупнейшие армии мира работают над собственными квантовыми технологическими решениями. Таким образом, инвестиции в отечественную продукцию и сосредоточение внимания на развитии национального опыта в этой области сохранят независимость от чуждых концепций, идей и решений. Это, в свою очередь, повышает безопасность наших систем и приводит к повышению национальной безопасности. Во все более непредсказуемом мире это вопрос фундаментальной важности.