Новый протокол квантовой криптографии стал устойчив к помехам

В квантовых сетях информация передается с помощью частиц, которые связаны квантово-физическим явлением под названием квантовая запутанность. Чем больших размеров это соединение, тем больше данных может быть передано и тем надежнее сеть.

Как правило, код создается из фотонов, которые могут находиться в двух разных состояниях. Теперь группа ученых из Австрии и Китая представила протокол передачи с парами фотонов, которые проходят восемь разных путей. Это рекорд квантовой криптографии.

Квантовая запутанность предполагает, что две частицы имеют общие физические свойства и измерение одной напрямую определяет состояние другой, даже если они находятся на произвольном расстоянии друг от друга.

Это означает, что одна и та же информация может быть сгенерирована в двух разных местах. Кроме того, законы квантовой физики гарантируют, что эту информацию больше никто не сможет увидеть.

Часто для этого используются фотоны с разным направлением колебаний (поляризацией). Два состояния соответствуют, например, горизонтальному или вертикальному направлению колебаний. Но оказалось, что также можно использовать другие свойства фотонов, которые имеют свои преимущества и недостатки с точки зрения генерации, распределения и считывания кода.

В представленном эксперименте физики полагаются на несколько путей, по которым фотоны могут двигаться вместо поляризации. В результате исследования они смогли управлять запутанными парами фотонов в восьми измерениях и использовать их для генерации и передачи квантового криптографического ключа.

Ученые генерируют пары фотонов в восьми разных точках специального кристалла с помощью лазерного луча. В зависимости от того, где они были созданы, каждый из двух фотонов может двигаться по восьми различным путям. Затем два фотона направляются в разные места и там анализируются. Поскольку они запутаны, вы получите одинаковый результат в обоих местах. И больше никто не может получить и расшифровать эту информацию.

С одной стороны, использование восьми возможных путей, вместо двух, позволяет генерировать больше информации. Ученые установили новый рекорд генерации квантовых ключей: на пару фотонов передается более 8 Кбит/с и 2,5 битов. С другой стороны, процесс менее подвержен сбоям. Во время экспериментов в лаборатории включали дополнительный свет, чтобы намеренно вызвать помехи, но протокол справился с ними. 

Сейчас проблема заключается в том, что для каждого пути требуется два детектора одиночных фотонов, стоимость которых составляет сотни тысяч евро за единицу, в зависимости от эффективности. Метод по-прежнему остается очень дорогим, поэтому ученые продолжат искать новые решения.