ભારતની પ્રથમ 5.56 કિમી ફ્રી-સ્પેસ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન લિંક
#GS-3 #વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજી #IT અને કમ્પ્યુટર્સ #પ્રિલિમ્સ માટે ઝડપી તથ્યો #વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજીમાં ભારતીયોની સિદ્ધિઓ #ટેકનોલોજીનું સ્વદેશીકરણ
મુખ્ય મુદ્દા
- ભારતે QNu Labs ના સહયોગથી BISAG-N અને IIT ગાંધીનગર વચ્ચે તેની પ્રથમ 5.56 કિમી ફ્રી-સ્પેસ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (QKD) લિંક સફળતાપૂર્વક પ્રદર્શિત કરી.
- પરીક્ષણે અદ્યતન પોઇન્ટિંગ, એક્વિઝિશન અને ટ્રેકિંગ (PAT) ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને ક્વોન્ટમ બિટ એરર રેટ (QBER) ને 5% ની નીચે રાખ્યો.
- સિસ્ટમ પોસ્ટ-ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફી (PQC) ની સાથે QNu Labs હાર્ડવેર અને BISAG-N સોફ્ટવેરને જોડતા હાઇબ્રિડ સુરક્ષા મોડેલનો ઉપયોગ કરે છે.
- આ સફળતા લાંબા અંતરના સુરક્ષિત ક્વોન્ટમ સંચાર નેટવર્ક્સ અને સેટેલાઇટ લિંક્સ વિકસાવવા માટે ભારતના નેશનલ ક્વોન્ટમ મિશન (NQM) ના લક્ષ્યોને સમર્થન આપે છે.
શા માટે ચર્ચામાં છે
- ભારતે તાજેતરમાં ક્ષેત્રમાં તેની પ્રથમ 5.56 કિમી ફ્રી-સ્પેસ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (QKD) લિંકનું સફળ પરીક્ષણ પૂર્ણ કર્યું.
- આ પરીક્ષણે BISAG-N (ભાસ્કરાચાર્ય નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યુટ ફોર સ્પેસ એપ્લિકેશન્સ એન્ડ જિયો-ઇન્ફોર્મેટિક્સ) અને IIT ગાંધીનગર વચ્ચે સુરક્ષિત સંચાર ચેનલ બનાવી.
- આ પ્રોજેક્ટ ભારતીય ડીપ-ટેક સ્ટાર્ટઅપ QNu Labs સાથે મળીને સંયુક્ત રીતે હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો.
ફ્રી-સ્પેસ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન શું છે
- ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (QKD) એ એક સુરક્ષિત પદ્ધતિ છે જે બે દૂરના સ્થળો વચ્ચે ગુપ્ત ક્રિપ્ટોગ્રાફિક કી શેર કરવા માટે ફોટોનના ક્વોન્ટમ ગુણધર્મો નો ઉપયોગ કરે છે.
- તે વાસ્તવિક સંદેશને ક્વોન્ટમ સ્થિતિઓ દ્વારા મોકલતું નથી . તેના બદલે, QKD સુરક્ષિત એન્ક્રિપ્શન કી બનાવે છે જેનો ઉપયોગ પરંપરાગત સિસ્ટમો વાસ્તવિક ડેટાને લોક અને અનલોક કરવા માટે કરે છે.
- ફ્રી-સ્પેસ QKD આ એન્ક્રિપ્શન કીઓને खुલી હવામાં લેસર બીમ દ્વારા મોકલે છે, જેનાથી ભૌતિક ફાઇબર-ઓપ્ટિક કેબલની જરૂરિયાત દૂર થાય છે.
- QKD હાઇસનબર્ગના અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત અને નો-ક્લોનિંગ પ્રમેય ના આધારે કામ કરે છે.
- હાઇસનબર્ગના અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત મુજબ, ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ માપવાથી તે બદલાઈ જાય છે. જો કોઈ જાસૂસ ફોટોનને અટકાવવાનો પ્રયાસ કરે છે, તો ક્વોન્ટમ સ્થિતિ પતન પામે છે અને તરત જ વપરાશકર્તાઓને ભંગ વિશે ચેતવણી આપે છે.
- નો-ક્લોનિંગ પ્રમેય જણાવે છે કે અજ્ઞાત ક્વોન્ટમ સ્થિતિની સંપૂર્ણ નકલ બનાવવી ભૌતિક રીતે અશક્ય છે, જે હેકર્સને ગુપ્ત રીતે કીઓની નકલ કરતા અટકાવે છે.
- QKD વાસ્તવિક સંદેશ મોકલતું નથી. તે ફક્ત ડેટાના રક્ષણ માટે સુરક્ષિત ક્રિપ્ટોગ્રાફિક કી બનાવે છે.
- ક્વોન્ટમ સ્થિતિઓને વાંચવાનો કોઈપણ પ્રયાસ તેમને ખલેલ પહોંચાડે છે અને દૃશ્યમાન ભૂલોનું કારણ બને છે. આનાથી વપરાશકર્તાઓ જાસૂસી પકડી શકે છે અને ચેડાં થયેલી કીને ફેંકી શકે છે.
- ફાઇબર-આધારિત સેટઅપથી વિપરીત, ફ્રી-સ્પેસ QKD ને ટ્રાન્સમીટર અને રિસીવર વચ્ચે સીધી લાઇન-ઓફ-સાઇટની જરૂર પડે છે. તેને સાવચેત ગોઠવણીની જરૂર છે, અને વાતાવરણીય અશાંતિ અથવા તેજસ્વી દિવસના પ્રકાશ જેવી હવામાન પરિસ્થિતિઓ ઓપ્ટિકલ સિગ્નલને નબળા બનાવી શકે છે.
ભારતની મોટી સફળતા
- આ તાજેતરનું 5.56 કિમી નું પરીક્ષણ ભૂતકાળના ટૂંકા પરીક્ષણો, જેમ કે 2021 માં 300m પરીક્ષણ કરતાં મોટું પગલું છે.
- ક્વોન્ટમ બિટ એરર રેટ (QBER) પ્રાપ્ત ખોટા ક્વોન્ટમ બિટ્સના હિસ્સાને માપે છે. નીચો QBER સુરક્ષિત ચેનલ સૂચવે છે, અને આ 5.56 કિમી પરીક્ષણ દરમિયાન, QBER 5% થી નીચે રહ્યો.
- પરીક્ષણમાં સમગ્ર અંતર દરમિયાન ખુલ્લી હવા પર લેસર બીમને સંરેખિત રાખવા માટે QNu Labs ની અદ્યતન પોઇન્ટિંગ, એક્વિઝિશન અને ટ્રેકિંગ (PAT) સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
- સેટઅપમાં QNu Labs (Armos) ના હાર્ડવેર અને BISAG-N (વેદ કવચ) ના સોફ્ટવેરને જોડતી ટુ-લેયર્ડ સિક્યુરિટી આર્કિટેક્ચર નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
- આ હાઇબ્રિડ સેટઅપએ QKD ને પોસ્ટ-ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફી (PQC) સાથે મિક્સ કર્યું, જે ભવિષ્યના ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ સામે સુરક્ષિત રહેવા માટે બનાવેલ એન્ક્રિપ્શન αlgorithms નો ઉપયોગ કરે છે.
- જો ખરાબ હવામાન અસ્થાયી રૂપે ભૌતિક વાતાવરણીય લિંકને તોડી નાખે છે, તો ગાણિતિક PQC સોફ્ટવેર ડેટાનું રક્ષણ કરવાનું ચાલુ રાખે છે.
- ફ્રી-સ્પેસ ટેરેસ્ટ્રિયલ QKD એ સેટેલાઇટ-આધારિત ક્વોન્ટમ સંચાર તરફ એક મહત્વપૂર્ણ પગલું છે કારણ કે બંને લાઇન-ઓફ-સાઇટ ઓપ્ટિકલ ટર્મિનલ્સ વચ્ચે વાતાવરણ દ્વારા ક્વોન્ટમ સિગ્નલ મોકલે છે.
- જેમ જેમ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ સામાન્ય એન્ક્રિપ્શન તોડવા માટે પૂરતા મજબૂત બને છે, આ તકનીક ભવિષ્યના સાયબર હુમલાઓ સામે સંરક્ષણ, મહત્વપૂર્ણ ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર અને નાણાકીય નેટવર્ક્સ માટે ક્વોન્ટમ-સુરક્ષિત ઢાલ પૂરી પાડે છે.
- ભારતના નેશનલ ક્વોન્ટમ મિશન (NQM) નો ઉદ્દેશ્ય 2,000 કિમી સુધીના અંતરે આવેલા ગ્રાઉન્ડ સ્ટેશનો વચ્ચે સેટેલાઇટ-આધારિત સુરક્ષિત ક્વોન્ટમ સંચાર બનાવવાનો છે, સાથે જ ઓપ્ટિકલ ફાઇબરનો ઉપયોગ કરીને 2,000 કિમી ઇન્ટર-સિટી QKD નેટવર્ક બનાવવાનો છે.
ફ્રી-સ્પેસ વિરુદ્ધ ફાઇબર-આધારિત QKD
- ફાઇબર-આધારિત QKD ટ્રાન્સમિશન માટે ફાઇબર-ઓપ્ટિક કેબલ નો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે ફ્રી-સ્પેસ QKD ખુલ્લી હવા, વાતાવરણ અથવા અવકાશનો ઉપયોગ કરે છે.
- સિગ્નલ લોસને કારણે ફાઇબર-આધારિત સિસ્ટમો સામાન્ય રીતે વિશ્વાસુ રિપીટર્સ વિના માત્ર થોડા સો કિલોમીટરને આવરી લે છે, જ્યારે ફ્રી-સ્પેસ સિસ્ટમ્સ સેટેલાઇટનો ઉપયોગ કરીને હજારો કિલોમીટરને આવરી શકે છે.
- ફાઇબર-આધારિત જોડાણો વધુ સ્થિર હોય છે અને હવામાનથી સુરક્ષિત હોય છે, જ્યારે ફ્રી-સ્પેસ લિંક્સને ધુમ્મસ, વરસાદ, અશાંતિ અને દિવસના પ્રકાશથી અડચણોનો સામનો કરવો પડે છે.
- ફાઇબર સેટઅપ સક્રિય ટ્રેકિંગ વિના નિશ્ચિત જોડાણોનો ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ ફ્રી-સ્પેસ સેટઅપને સક્રિય પોઇન્ટિંગ અને ટ્રેકિંગ સિસ્ટમ્સ સાથે સચોટ લાઇન-ઓફ-સાઇટ (LoS) ની જરૂર પડે છે.
- અગાઉ NQM હેઠળ, સ્ટાર્ટઅપ QNu Labs એ વર્તમાન ઓપ્ટિકલ-ફાઇબર ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરનો ઉપયોગ કરીને ભારતના પ્રથમ 500 કિમી QKD નેટવર્કનું પણ પરીક્ષણ કર્યું હતું.
- વૈશ્વિક સ્તરે, ચીને 2016 માં લગભગ 500 કિમી પર લો-અર્થ ઓર્બિટ થી વિશ્વનો પહેલો ક્વોન્ટમ-કોમ્યુનિકેશન સેટેલાઇટ, Micius લોન્ચ કર્યો હતો, અને બાદમાં 2022 માં Jinan-1 લોન્ચ કર્યો હતો.