Технологии безопасности: квантовая защита совершенна?

Тот, кто оплачивал, например, гостиничные счета при помощи кредитных карт, знает о возможных опасностях этого процесса. Злоумышленник может достаточно легко скопировать данные карты вместе с личными данными владельца, а потом воспользоваться ими в своих целях. С другой стороны, сама природа предоставляет способы предотвращения подобного: например, скопировать квантовую информацию просто невозможно. Так почему бы не использовать эту возможность для безопасной проверки денег? Команда физиков из института квантовой оптики Макса Планка и Калифорнийского технического института разрабатывает схему устойчивого к помехам и вместе с тем надежно зашифрованного квантового токена.

С одной стороны, свойства квантовой информации делают ее идеальным решением для предотвращения любых подделок. С другой же стороны есть проблемы - носители хрупки, а в самой информации неизбежно будет некоторый процент сбоев. Исследователи под руководством профессора Игнасио Сирака и профессора Михаила Лукина направили свои усилия как на улучшение качества носителей, так и на разработку протокола обмена данными, устойчивого к реальным недостаткам - в частности, сбоям кубитов, появляющимся при хранении и декодировании данных.

Ослабление требований к проверке - допустимость таких сбоев - расширяет возможности для подделки. Однако ученые вводят порог, допускающий определенный уровень ошибок и в то же время достаточный для безопасности. Что бы ни представляли собой реальные носители - фотоны или ядерные спины - банк и только банк будет хранить полное описание их состояний. Выданный банком токен будет передаваться владельцу. В первом варианте, предложенным учеными, токен будет проверяться непосредственно банком (или удаленным устройством-верификатором, которое этот банк предоставит). Второй возможный случай - когда токен будет проверяться на расстоянии. В этой схеме квантовую информацию придется организовать в блоки парных кубитов. Владельцу нужно будет использовать специальный измерительный механизм для каждого блока и сообщить результаты измерения. После того, как ответы даны, срок действия токена истекает.

Для обоих протоколов можно достичь оптимальной толерантности к информационному шуму. В среднем точность систем составляет 83%, в реальности планируется порог в 90%. Работа уже может быть продемонстрирована на примере единичного кубита - например, фотона с определенной поляризацией или ядра с определенным спином. А для применения на практике ученым придется разработать память, способную долгое время хранить квантовую информацию. Недавно удалось достигнуть рекордно длинного времени существования кубита при комнатной температуре - 1 секунду. Ученые продолжают разработки в этом направлении.