‘Отбором’ один лазерный луч в другом, исследователях, из Кембриджского университета и Toshiba Research Europe, продемонстрировал, что возможно распределить ключи шифрования по ставкам между двумя и шестью порядками величины выше, чем более ранние попытки реальной квантовой системы криптографии. О результатах сообщают в журнале Nature Photonics.Шифрование – жизненно важная часть современной жизни, позволяя конфиденциальной информации быть разделенным надежно.
В обычной криптографии отправитель и получатель особой информации решают кодекс шифрования или ключ, впереди, так, чтобы только те с ключом могли расшифровать информацию. Но поскольку компьютеры становятся быстрее и более сильными, кодексы шифрования становятся легче сломаться.Квантовая криптография обещает ‘небьющуюся’ безопасность, скрывая информацию в частицах света или фотоны, испускаемые от лазеров.
В этой форме криптографии квантовая механика используется, чтобы беспорядочно произвести ключ. Отправитель, который обычно назначается как Элис, посылает ключ через поляризованные фотоны, которые посылают в различных направлениях. Получатель, обычно назначенный как Боб, использует датчики фотона, чтобы иметь размеры, какое направление фотоны поляризованы, и датчики переводят фотоны на биты, который, принимая Боба использовал правильные датчики фотона в правильном порядке, даст ему ключ.Сила квантовой криптографии состоит в том, что, если нападавший пытается перехватить Элис и сообщение Боба, сам ключ изменяется, из-за свойств квантовой механики.
Так как это было сначала предложено в 1980-х, квантовая криптография обещала возможность небьющейся безопасности. «В теории нападавший мог иметь всю власть, возможную в соответствии с законами физики, но они все еще не будут в состоянии взломать кодекс», сказал первый автор газеты Люсьен Командар, студент доктора философии в Отделе Кембриджа Разработки и Кембриджской Научно-исследовательской лаборатории Toshiba.Однако проблемы с квантовой криптографией возникают, пытаясь построить применимую систему.
В действительности это назад и вперед игра: изобретательные нападения, предназначающиеся для различных компонентов системы, постоянно развиваются, и контрмеры, чтобы помешать нападениям постоянно развиваются в ответ.Компоненты, которые наиболее часто подвергаются нападению хакерами, являются датчиками фотона, из-за их высокой чувствительности и сложного дизайна – это обычно – самые сложные компоненты, которые являются самыми уязвимыми. Как ответ на нападения на датчики, исследователи разработали новый квантовый протокол криптографии, известный как устройство измерения независимое квантовое распределение ключа (MDI-QKD).
В этом методе, вместо каждого имеющего датчик, Элис и Боб посылают их фотоны в центральный узел, называемый Чарли. Чарли позволяет фотонам пройти через разделитель луча и измеряет их. Результаты могут раскрыть корреляцию между битами, но не раскрыть их ценности, которые остаются секретными. В этой установке, даже если Чарли пытается обмануть, информация останется безопасной.
MDI-QKD был экспериментально продемонстрирован, но ставки, по которым можно послать информацию, слишком медленные для реального применения, главным образом из-за трудности при создании неразличимых частиц от различных лазеров. Чтобы заставить его работать, лазерные импульсы, посланные через разделитель луча Чарли, должны быть (относительно) длинными, ограничив ставки несколькими сотнями бит в секунду (бит/с) или меньше.Метод, разработанный Кембриджскими исследователями, преодолевает проблему при помощи техники, известной, как пульсировал лазерный отбор, в котором один лазерный луч вводит фотоны в другого. Это делает лазерные импульсы более видимыми Чарли, уменьшая сумму ‘колебания времени’ в импульсах, так, чтобы могли использоваться намного более короткие импульсы.
Пульсировавший лазерный отбор также в состоянии беспорядочно изменить фазу лазерного луча на очень высоких показателях. Результат использования этой техники в установке MDI-QKD позволил бы ставкам целый 1 мегабит в секунду, представляя улучшение двух – шести порядков величины по предыдущим усилиям.
«Этот протокол дает нам максимально возможную степень безопасности при очень высоких тактовых частотах», сказал Комэндэр. «Это могло указать путь к практическому внедрению квантовой криптографии».