Физикам впервые удалось взломать квантовый код

Физики впервые смогли перехватить сообщение, закодированное при помощи методов квантовой криптографии, причем получатель не узнал, что код был перехвачен. Ученые описали способ, при помощи которого им удалось взломать код, в статье в журнале Nature Communications. Коротко о работе пишет портал Physics World.

Для защиты передаваемых сообщений используется свойство квантовых систем изменяться при измерениях - если до измерения система находится суперпозиции нескольких состояний, то после проведения измерения происходит так называемый коллапс волновой функции и система оказывается в одном из состояний. Таким образом, если некий злоумышленник (в задачах по квантовой криптографии его принято называть Евой от английского Eve, которое является сокращением от слова "eavesdropper" - подслушивающий) прочтет закодированное сообщение, то он неизбежно изменит его, и это изменение сможет обнаружить получатель (его принято называть Боб).

Одним из способов кодирования сообщений заключается в том, что код передается в форме фотонов различной поляризации. Отправитель (Алиса) передает код, все фотоны в котором имеют одну или другую поляризацию, причем выбор одного из состояний происходит случайным образом. При прочтении сообщения Боб также случайным образом выбирает поляризатор, при помощи которого считывает сообщение. В случае выбора неправильного поляризатора результат измерения окажется случайным.

Соответственно, в некоторых случаях результаты измерения Боба будут верными, а в некоторых - нет. После того, как все измерения выполнены, Боб по открытому каналу отправляет Алисе информацию о том, как он считывал поляризацию в каждом случае, не сообщая собственно результатов измерения. Алиса тоже по открытому каналу отвечает Бобу, в каких случаях он ошибся. Отбросив результаты неправильных измерений, Боб получит данные о последовательности фотонов, закодированных Алисой - эта переданная Бобу секретная информация получила название первичный ключ.

Чтобы проверить, не был ли взломан код, Алиса и Боб по открытому каналу сравнивают значения некоторых измерений. Если Ева перехватила часть посланных Алисой, то результаты по крайней мере части этих измерений будут неверными.

Авторы новой работы предложили способ обойти этот принципиальный барьер и реализовали его на практике. Слабым местом всей системы является детектор, при помощи которого Боб считывает поляризацию фотонов. Если "ослепить" его при помощи лазера (то есть насытить фотонами до некоторого критического значения), детектор теряет способность различать отдельные кванты света и начинает работать как классический прибор. Перехватывая каждый посланный Алисой фотон, Ева измеряет его поляризацию и посылает на детектор Боба луч света, интенсивность которого превосходит пороговое значение, причем поляризация фотонов в луче совпадает с поляризацией перехваченного фотона. В итоге при сверке Алиса и Боб не находят признаков взлома.

Используя созданную ими схему, ученые смогли перехватить закодированные сообщения, передаваемые по внутренней сети Национального университета Сингапура. В будущем авторы намерены разработать систему защиты сообщений от подобного метода перехвата. Одним из возможных решений может стать установка непосредственно перед детектором Боба устройства, которое через случайные промежутки времени испускает одиночные фотоны. Если детектор будет систематически "пропускать" их, Боб узнает о том, что Ева перехватывает посланное сообщение.