Квантовая криптография

«Господь не только играет в кости, но к тому же забрасывает их порою туда, где мы их не можем не увидеть.»
Стивен Хокинг

Современные оптические линии связи не гарантируют конфиденциальность передаваемой информации, поскольку по оптоволоконным линиям движутся миллионы фотонов, во многом дублирующих друг друга, и часть из них можно перехватить незаметно для адресата. И тут на помощь вновь приходит квантовая физика.

Шифрование передаваемой информации всегда играло важнейшую роль в политической и экономической жизни стран. Проблемой шифрования занимается наука криптография, которая использует математические методы. Тем не менее, всегда остается вероятность перехватить часть информации и ее расшифровать.

Развитие науки породило квантовую криптографию — метод защиты коммуникаций, основанный на принципах квантовой физики, когда информация переносится с помощью объектов квантовой механики.

Квантовая криптография — метод защиты коммуникаций, основанный на принципах квантовой физики.

Идеальная защита

История квантовой криптографии началась 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.

Основная идея квантовой криптографии состоит в том, чтобы передавать информацию отдельными фотонами.

Например, цифры 0 и 1 кодируются поляризацией фотонов: вертикально поляризованный фотон обозначает 0,а горизонтально поляризованный фотон — 1. Такая передача информации будет секретной, потому что ее нельзя «подслушать». В основе этого утверждения лежит принцип неопределенности Гейзенберга, который постулирует, что любое поползновение внедриться в канал передачи, то есть произвести измерение в квантовой системе, неизбежно приведет к ее нарушению и будет зафиксировано принимающей стороной. Любой подслушивающий может лишь перехватить некоторые фотоны целиком — ведь он не может отщепить часть фотона и узнать таким образом его поляризацию. Но перехваченные фотоны просто не будут участвовать в передаче информации, поэтому информация, переданная отдельными квантами, защищена от подслушивания.

Будущее где-то рядом

Первый протокол квантовой криптографии изобрели американские ученые Чарльз Беннет и Жиль Брассард в 1984 году, поэтому его называют ВВ84. Спустя пять лет они создали такую систему в исследовательском центре IBM, разместив передатчик и приемник в светонепроницаемом кожухе на расстоянии всего 30 см друг от друга. Система управлялась с персонального компьютера и позволяла обмениваться по воздушному каналу секретным ключом со скоростью 10 бит/с.

На сегодняшний день у этого канала есть один теоретически непреодолимый недостаток: он не в состоянии обеспечить высокую пропускную способность. Это ограничение является настолько значительным, что об использовании квантовой криптографии до сих пор говорили только в будущем времени. Однако ситуация стремительно меняется, и кто знает...