Квантовая криптография: что это такое?

Каковы перспективы квантовой криптографии в области дальней связи?

Популярная механикаHi-Tech

Квантовая криптография: что это такое?

Максимальная длина канала связи, позволяющего использовать метод квантовой криптографии,составляет всего лишь чуть больше сотни километров. Ученые из Российского квантового центра разработали способ значительно увеличить эту дистанцию.

Илья Ферапонтов

Представьте себе, что прежде чем отправить электронное письмо приятелю, вы должны достать карту, измерить расстояние до города, где он живет, и если окажется, что это расстояние больше, чем 100 км, вы со вздохом берете карандаш и бумагу и беретесь за обычное «бумажное» письмо — электронная почта дальше, чем на 100 км, не ходит.

Абсурдная ситуация? Но именно так сейчас обстоят дела с передачей квантовых данных по оптоволоконным линиям связи — рекордная дальность передачи здесь до сих пор лишь немного превышает сотню километров, а устойчивая работа на нормальных, не рекордных линиях вообще ограничивается 40 км. Это означает, например, что линию квантовой коммуникации можно организовать внутри Москвы, а вот о передаче данных в Петербург пока нечего и думать. Каковы же перспективы квантовой криптографии в области дальней связи?

Банкноты и блокноты

История квантовой криптографии началась еще в конце 1960-х годов, когда студент Колумбийского университета Стивен Визнер изложил своему бывшему сокурснику Чарльзу Беннету идею квантовых банкнот, которые в принципе нельзя подделать, поскольку это исключают законы природы. Суть идеи состояла в том, чтобы поместить на каждую банкноту несколько квантовых объектов. Это могут быть, например, ловушки с фотонами, каждый из которых поляризован под определенным углом в одном из двух базисов — либо под углом 0 и 90, либо 45 и 135 градусов. Серийный номер напечатан на банкноте, но соответствующая номеру комбинация поляризаций и базисов (фильтров, с помощью которых фотону придается или измеряется его поляризация) при этом известна только банку. Чтобы подделать такую банкноту, фальшивомонетчик должен измерить поляризацию каждого фотона, но он не знает, в каком базисе поляризован каждый из них. Если он ошибется с базисом, то поляризация фотона изменится, и поддельная банкнота будет с неверной поляризацией. Квантовые деньги до сих пор не появились, поскольку пока не удалось создать достаточно надежных ловушек для фотонов. Однако тогда же Визнер предложил использовать тот же самый принцип для защиты информации, и эта технология сейчас уже близка к реализации.

Первый протокол. Первый протокол квантового распределения ключей был создан Жилем Брассаром и Чарльзом Беннетом в 1984 году и получил название BB84. Для передачи данных используются фотоны, поляризованные в четырех разных направлениях, в двух базисах — под углом 0 и 90 градусов (обозначается знаком +) либо 45 и 135 градусов (x). Отправитель сообщения A (традиционно его называют «Алиса») поляризует каждый фотон в случайно выбранном базисе, а затем отправляет его получателю B — «Бобу». Боб измеряет каждый фотон, тоже в случайно выбранном базисе. После этого Алиса по открытому каналу сообщает Бобу последовательность своих базисов, и Боб отбрасывает неправильные (не совпавшие) базисы и сообщает Алисе, какие данные «не прошли». При этом сами значения, полученные в результате измерений, они по открытому каналу не обсуждают. Если шпион (его обычно называют «Евой», от английского eavesdropping — подслушивание) захочет перехватить секретный ключ, он должен будет измерять поляризацию фотонов. Поскольку он не знает базиса, он должен будет определять его случайным образом. Если базис будет определен неправильно, то Ева не получит верных данных, а кроме того, изменит поляризацию фотона. Появившиеся ошибки сразу обнаружат и Алиса, и Боб.

Идеи Визнера, однако, были признаны далеко не сразу. Еще в начале 1970-х годов Визнер отправил свою статью о квантовой криптографии в журнал IEEE Transactions on Information Theory, но редакторам и рецензентам язык статьи показался слишком сложным. Лишь в 1983 году эта статья увидела свет в журнале ACM Newsletter Sigact News, и именно она стала первой в истории публикацией об основах квантовой криптографии.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

От чего нейросети избавят мир От чего нейросети избавят мир

О каких вещах можно будет забыть в ближайшем будущем благодаря нейросетям?

Популярная механика, март'20
10 немецких автомобилей, о которых вы ничего не знали 10 немецких автомобилей, о которых вы ничего не знали

Количество немецких автомобилей на наших дорогах огромно

Популярная механика, май'18
На лице написано: как работает компьютерное распознавание лиц На лице написано: как работает компьютерное распознавание лиц

Многое сегодня невозможно без участия алгоритмов распознавания лиц

Популярная механика, март'20
Заставляйте сердце биться чаще! Заставляйте сердце биться чаще!

Бешеный темп жизни, как это ни парадоксально, обрекает нас на неподвижность

Psychologies, май'18
#инструктаж: как побороть стресс и тревогу этой осенью #инструктаж: как побороть стресс и тревогу этой осенью

Шесть простых практик, которые помогут отвлечься от тревожных мыслей

РБК, октябрь'19
Фэн-шуй в саду Фэн-шуй в саду

Преображаем дачный участок

Лиза, май'18
Игры со вкусом: Екатеринбург Игры со вкусом: Екатеринбург

Путеводитель по Екатеринбургу

National Geographic, май'18
«Кажется, я беременна...» «Кажется, я беременна...»

Ежегодно в России беременеет примерно каждая 20-я девушка в возрасте 15–19 лет

Psychologies, июнь'18
Сила воды Сила воды

Ландшафт для медитации

SALON-Interior, июнь'18
«Соединиться или умереть» «Соединиться или умереть»

История любви Полины Гебль и Ивана Анненкова

GALA Биография, июнь'18
Shadow of the Tomb Raider Shadow of the Tomb Raider

Эффект Бенджамина Баттона

Игромания, июнь'18
Гости с севера. Чьи интересы представляют новые министры Гости с севера. Чьи интересы представляют новые министры

Владимир Якушев изначально оценивался как креатура Сергея Собянина

Forbes, май'18
SEGA Mega Drive Mini SEGA Mega Drive Mini

Детство возвращается. Не ждали?

Игромания, июнь'18
10 признаков, что вы встретили родственную душу 10 признаков, что вы встретили родственную душу

Что мы имеем в виду, когда говорим о «второй половинке»

Psychologies, май'18
Явь простого человека Явь простого человека

Собрался народ, чтобы подумать над выбором пути национального развития

Эксперт, апрель'18
Канны стоят мессы: как Ларса фон Триера пригласили на собственную казнь Канны стоят мессы: как Ларса фон Триера пригласили на собственную казнь

“Дом, который построил Джек” оказался исповедью нежного сердца

Esquire, май'18
Великий пост Великий пост

Журналист Михаил Зыгарь ввел моду на чтение исторических заметок

Vogue, июнь'18
Косметика с суперфудами: в чем секрет? Косметика с суперфудами: в чем секрет?

Суперфуды – диетические продукты с максимально полезным составом

Psychologies, май'18
Твои, мои и наши: как помочь детям, когда у родителей новые отношения Твои, мои и наши: как помочь детям, когда у родителей новые отношения

Об отношениях между детьми и их родителями в новом браке

Домашний Очаг, июнь'18
Как изменились звезды сериала Как изменились звезды сериала

С 21 мая в 19:00 канал СТС Love будет показывать сериал «Молодежка»

Cosmopolitan, май'18
InSight и спутники MarCO: NASA готовит грандиозную экспедицию на Марс InSight и спутники MarCO: NASA готовит грандиозную экспедицию на Марс

Уже совсем скоро ракета Atlas V доставит на Марс исследовательский модуль

Популярная механика, май'18
Вирус Нипах: что это такое и чего нам ждать Вирус Нипах: что это такое и чего нам ждать

В Индии зарегистрирована вспышка заболеваемости, вызванная вирусом Нипах

National Geographic, май'18
Добавляем функции смартфону: самые полезные приложения для Android и iOS Добавляем функции смартфону: самые полезные приложения для Android и iOS

Эти приложения позволят вам автоматизировать повторяющиеся операции

CHIP, май'18
Машина времени Машина времени

Самое прекрасное в Нижнем Новгороде — скрывающиеся за фасадами переулки и дома

Quattroruote, июнь'18
Рецензия на фильм Кирилла Серебренникова Рецензия на фильм Кирилла Серебренникова

В Каннах показали прекрасный музыкальный байопик

Esquire, май'18
«Не увязнуть и найти путь вперёд — вот цель научной фантастики» «Не увязнуть и найти путь вперёд — вот цель научной фантастики»

Беседа c Дэвидом Брином

Мир Фантастики, июнь'18
Плейлист от пианиста Йеруна ван Вена Плейлист от пианиста Йеруна ван Вена

Йерун ван Вен выбрал 10 минималистических пьес и рассказал о каждой из них

Esquire, май'18
Последний бой Последний бой

Ветеранов, подаривших нам мирное небо над головой, осталось совсем немного

StarHit, май'18
9 советов о путешествии для будущей мамы 9 советов о путешествии для будущей мамы

Накладывает ли беременность множество ограничений на возможность путешествий

9 месяцев, июнь'18
Кирпичное сердце Натана Савайи: искусство из кубиков Кирпичное сердце Натана Савайи: искусство из кубиков

К чему может привести одержимость LEGO

Популярная механика, май'18
Открыть в приложении