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

Дети и роботы: почему робототехникой стоит заниматься с малых лет Дети и роботы: почему робототехникой стоит заниматься с малых лет

Важно с детства погружать детей во взаимодействие с роботами

Популярная механика
Посетитель повредил картину Репина в Третьяковской галерее Посетитель повредил картину Репина в Третьяковской галерее

В Третьяковской галерее посетитель нанес повреждения картине

National Geographic
Как выращивают крупнейшие в мире алмазы: сделано в России Как выращивают крупнейшие в мире алмазы: сделано в России

Самые крупные в мире безупречные алмазы выращивают рядом с Санкт-Петербургом

Популярная механика
Идея! Идея!

Летать без толпы, троллить туристов и приготовить авангардные духи

Maxim
Что такое отношения «с задней конфорки» и почему не стоит в них ввязываться Что такое отношения «с задней конфорки» и почему не стоит в них ввязываться

В современных отношениях появился интересный феномен — «задняя конфорка»

Maxim
Игры со вкусом: Сочи Игры со вкусом: Сочи

Путеводитель по 11 городам, принимающим чемпионат. Часть 1: Сочи

National Geographic
Самая одинокая женщина Америки: правила жизни Мелании Трамп Самая одинокая женщина Америки: правила жизни Мелании Трамп

Мелания Трамп рассказала о знакомстве и жизни с Дональдом Трампом

Forbes
Миллионеры с лопатами: самые дорогие клады, найденные любителями Миллионеры с лопатами: самые дорогие клады, найденные любителями

Можно попытаться найти ничейные, но ценные сокровища и разбогатеть

Playboy
Убить или не убить — вот в чем вопрос Убить или не убить — вот в чем вопрос

Постановка РАМТа «Последние дни», где исследуется природа власти в России

СНОБ
Столичный бенчмарк Столичный бенчмарк

Резиденции Noble Row в Хилковом переулке в Москве

Robb Report
Николаевский жандарм Николаевский жандарм

Жандармы получили репутацию, сделавшую голубой мундир символом произвола

Дилетант
Юлия Самойлова о «Евровидении»: «Я понимала, что Первый канал меня использует» Юлия Самойлова о «Евровидении»: «Я понимала, что Первый канал меня использует»

Первый случай, когда российский исполнитель не попал в финал Евровидения

Cosmopolitan
Игра на выезде Игра на выезде

Как увидеть главные матчи ЧМ и разделить эмоции с друзьями

Популярная механика
Просто забей Просто забей

Альтернатива классической игре — попинать горящий мяч или поплескаться в болоте

GQ
Не только пляжи: 6 общественных мест, где полагается быть голым Не только пляжи: 6 общественных мест, где полагается быть голым

Места, где приветствуется полное обнажение

Cosmopolitan
Жизнь могла попасть на Землю из космоса: инопланетные осьминоги Жизнь могла попасть на Землю из космоса: инопланетные осьминоги

Как велика вероятность выживания живого существа в космическом путешествии

Популярная механика
Покупки в зарубежных онлайн-магазинах Покупки в зарубежных онлайн-магазинах

Интернет открыл принципиально новые возможности для торговли

CHIP
Huawei P20, P20 Pro или Lite: какой выбрать? Huawei P20, P20 Pro или Lite: какой выбрать?

Сравниваем новые смартфоны от Huawei и разбираемся в их особенностях

National Geographic
Игры со вкусом: Екатеринбург Игры со вкусом: Екатеринбург

Путеводитель по Екатеринбургу

National Geographic
Moby с новым альбомом и другая важная музыка месяца Moby с новым альбомом и другая важная музыка месяца

Музыкальные новинки месяца

Maxim
Мир завтрашнего дня Мир завтрашнего дня

Дизайн – это вовсе не то, как выглядит какой-то предмет

Популярная механика
Лучшие шутки дня и Челябинск! Лучшие шутки дня и Челябинск!

Предзащитный дайджест авторского юмора с авторской орфографией

Maxim
Без паники. Что случилось со счетами россиян в банках Кипра Без паники. Что случилось со счетами россиян в банках Кипра

О ситуации с банковскими счетами россиян

Forbes
Гиперкары небесные. Изучаем феномен сверхбыстрых автомобилей Гиперкары небесные. Изучаем феномен сверхбыстрых автомобилей

Как и почему появились машины, для которых слова «суперкар» явно недостаточно?

Maxim
Витает в воздухе: 5 вирусов, которых стоит бояться Витает в воздухе: 5 вирусов, которых стоит бояться

Cosmo расскажет о пяти вирусах, которых стоит опасаться

Cosmopolitan
Тот, кто у меня внутри Тот, кто у меня внутри

Как влияет Внутренний Ребенок родителя на общение с нашими реальными детьми

Psychologies

5 обычных девушек решили повторить самые обсуждаемые из "луков" звезды

Cosmopolitan
Dreszcz rozkoszy! Dreszcz rozkoszy!

В очередной раз мы восхищаемся Джоанной Крупой

Maxim
«Кадиллак», который ездит сам по себе «Кадиллак», который ездит сам по себе

Полностью автономные автомобили – это неизбежное будущее

Популярная механика
13 перемен весны 13 перемен весны

Древняя японская кухня и её влияние на меню лучших ресторанов мира

Robb Report
Открыть в приложении