Беспроводная квантовая криптография: новые результаты

Для отправки фотонов с шифром использовался телескоп на острове Ла Пальма. Приём сигнала выполнялся на втором телескопе, расположенном в 144 км от первого, на острове Тенерифе. О результатах экспериментов, в которых использовалась очередь из нескольких фотонов, уже сообщалось в начале года. Однако только вчера Антон Зейлингер (Anton Zeilinger) из Венского университета представил на мартовском заседании Американского физического общества в Денвере, Колорадо, результаты эксперимента, в котором осуществлена передача одного фотона.

Использование всего одного фотона – это “золотой стандарт” в квантовой криптографии, поскольку при этом нет возможности перехвата сообщения незаметно для отправителя. Но поиск единственного фотона намного сложнее, чем нескольких, особенно если имеет место рассеяние в атмосфере.

Скорость передачи данных в эксперименте составила всего 178 бит или один фотон за 75 секунд. Для сравнения, высокоскоростное интерент-соединение позволяет передавать миллионы бит в секунду.

В квантовой криптографии для передачи информации между отправителем и получателем обычно используются поляризованные фотоны. Вначале исследователи использовали два фотона, которые “связаны” таким образом, что делят одно и то же состояние поляризации. Направление поляризации фотонов также случайно выбирается вертикальным или под углом 45 градусов.

Один из фотонов передаётся отправителю, а второй отправляется получателю. Получатель снова случайным образом выбирает вертикальную поляризацию или поляризацию под углом и пропускает полученный фотон через соответствующий фильтр. Пройдёт или нет фотон через фильтр, зависит от его собственной поляризации.

При непрерывной передаче приёмник извлечёт правильную информацию в половине случаев. Но если злоумышленник «перехватит» фотон, число успехов значительно снизится. Иными словами, и получатель, и отправитель узнают, что идёт «прослушивание».

Естественная интерференция также может нарушить связанность фотона, что подразумевает малую скорость передачи информации, зашифрованной квантовым способом. Только некоторые из фотонов сохранят свою информацию. В итоге квантовые сети передают только ключ, т.е. относительно маленький код, используемый в дальнейшем для шифрования больших объёмов данных.

Большинство современных систем передают квантовые ключи через оптоволоконные кабели. Слабый сигнал одного фотона может быть передан в современной кабельной системе лишь на 100 км. Согласно Зейлингеру, это годится “только для столиц”. Разрабатываемые его командой системы могут использоваться на больших дистанциях с малыми потерями, но для этого нужны большие телескопы, чтобы отправить и получить сигнал. По словам Зейлингера, сейчас он работает над системой, которая может быть апробирована на дистанции Земля – Международная космическая станция, сообщает Nature.