Нова схема квантових комунікацій забезпечує високу безпеку без використання квантової пам'яті
Область квантової механіки має величезний потенціал для реалізації комунікаційних технологій різних типів, мають більш високі рівні безпеки, ніж традиційні оптичні і електричні комунікаційні технології. Приміром, використовуючи технологію квантової цифрового підпису (quantum digital signatures, КТ), можна послати одне і теж повідомлення безлічі одержувачів, гарантуючи, що ці повідомлення не можуть бути перехоплені або підмінені.
"Технологія КТ забезпечує більш високий рівень безпеки при виконанні операцій, у яких використовуються класичні цифрові підписи. Це процедури перевірки справжності, цілісності і невтручання у вміст переданих повідомлень" - розповідає Еріка Андерсон, вчений з університету Херіот-Уотта в Единбурзі, Великобританія, - "Такі функції та процедури є основою деяких аспектів сучасного електронного цифрового світу і вони широко використовуються скрізь там, де потрібен високий рівень безпеки, в банківській справі, поштових та інших подібних системах".
Однак, всі схеми реалізації технології КТ потребують використання великих обсягів квантової пам'яті, здатної до зберігання значень мільйонів кубітів протягом місяців і років часу. На жаль, сучасні квантові системи не можуть зберігати інформацію довше, ніж кілька хвилин, що робить неможливим реалізацію технології КТ в нинішній час.
Але нещодавно Еріка Андерсон, Ведран Дунйко і Петрос Валлден, її колеги з Хорватії, Греції, опублікували в журналі Physical Review Letters статтю, у якій вони описали схему реалізації технології КТ, яка не вимагає використання проміжної квантової пам'яті взагалі, що дозволить реалізувати цю схему навіть на сучасному технологічному рівні.
Протокол технології КТ розбитий на дві частини, на розподіл ключів і передачу повідомлень. На стадії розподілу відправник розсилає одержувачам пари квантової інформації, квантові ключі. Ця стадія абсолютно не прив'язана до наступної стадії, власне до передачі зашифрованих повідомлень. Проміжки часу між передачею ключів та передачею повідомлень можуть становити місяці або роки, але коли здійснюється розшифровка отриманого повідомлення, потрібно витяг значення квантового ключа, яка має зберігатися в квантової пам'яті.
Новий протокол КТ відрізняється від класичного обома стадіями. На стадії передачі квантових ключів значення цих ключів перетворюються в класичну інформацію за допомогою технології вимірювання квантових станів. При цьому ще дотримується високий рівень безпеки, який гарантується законами квантової механіки. Так як квантова інформація перетворюється на класичну, то її можна буде зберігати скільки завгодно довгий час на звичайних носіях.
Теж саме відбувається на другій стадії роботи протоколу КТ, уся обробка одержуваної і переданої інформації проводиться у класичному вигляді, але при цьому одержувач має можливість підтвердити справжність отриманого повідомлення, а передавач - отримати підтвердження про отримання повідомлення за допомогою квантових технологій.
"Починаючи з першої публікації нашої роботи ми працюємо над створенням експериментальної установки і вже маємо малогабаритну дослідну систему, яка підтверджує працездатність запропонованої нами схеми" - розповідає Еріка Андерсон, - "Зараз ми працюємо над вдосконаленням та розширенням можливостей експериментальної системи, займаючись паралельно з цим новими теоретичними дослідженнями, які зроблять технологію КТ ще більш ефективною і простий".