Квантовая физика обеспечивает надежность нового криптографического метода

Международный коллектив, объединивший специалистов по квантовым вычислениям из Национального Университета Сингапура и Университета Ватерлоо (Канада), продемонстрировал схему квантовой криптографии, которая позволяет обеспечивать взаимную безопасность при общении двух незнакомых людей.

Новый способ решения этой типичной проблемы «безопасных двусторонних вычислений» изложен в статье, опубликованной в Nature Communications.

В экспериментах, проводившихся в Институте Квантовых Вычислений (IQC) Университета Ватерлоо, с использованием квантово перепутанных фотонов, один из объектов, называемый Элис, мог обмениваться информацией с другим, Бобом. У Элис было два набора информации, а Боб запрашивал доступ к одному или другому. Элис могла предоставлять ему такой доступ не уточняя для себя какой конкретно набор ему нужен. Боб, со своей стороны, также ничего не должен быть знать о сведениях из второго набора. Такой протокол носит название ROT (1-2 random oblivious transfer).

ROT является отправной точкой для реализации более сложных схем, применяемых на практике, например, безопасной идентификации. Сегодня, чтобы получить деньги в банкомате, нужно предъявить кредитку и ввести ПИН. Но что если сам банкомат не вызывает полного доверия?

В этом случае можно будет ввести ПИН в свой собственный надежный телефон, который проведет квантовую идентификацию с банкоматом: номер счета и ПИН будут сверены с банковской учетной записью причем ни клиент ни банк не раскроют друг другу конфиденциальных данных.

Для демонстрации осуществимости такой схемы, в лаборатории IQC была осуществлена ROT-передача 1366 бит данных между Элис и Бобом. Весь процесс занял около трех минут.

Сначала Элис создавала пары перепутанных фотонов. Она измеряла один в каждой паре и отсылала другой Бобу. Тот, в свою очередь, выбирал фотон для измерения, не сообщая Элис о своем выборе. Затем оба пережидали некоторый промежуток времени, выбранный так, чтобы любая попытка сохранить квантовую информацию о фотонах потерпела неудачу. Завершая обмен, Элис говорила Бобу, какое именно измерение произвела, и они оба обрабатывали данные для получения правильного и надежного (в заданных пределах) результата.

В отличие от реализации ROT методами классической физики, защиту квантового протокола нельзя преодолеть как угодно большими вычислительными ресурсами компьютера, даже квантового.

В опытах использовалось довольно громоздкое оборудование, предназначенное для более стандартной формы квантовой криптографии, квантового распределения ключей (QKD). Оно уже выпускается коммерчески и, в принципе, может быть сделано более компактным с применением интегрированной оптики.

«Область интегрированной квантовой оптики развивается семимильными шагами, большинство ключевых элементов для реализации ROT уже успешно интегрированы в блоки, размерами в несколько миллиметров», — утверждает один из авторов статьи Крис Эрвен (Chris Erven). Не требуется большого воображения, чтобы представить как новая технология квантовой криптографии займет место рядом с микрочипами в корпусе обычного смартфона.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365