Съвсем нов чип със заплетени фотони осигурява непробиваемо квантово криптиране

Ако за разбиването на особено силен шифър на суперкомпютрите са необходими хиляди години, то квантовите компютри могат да го направят за секунди. Специалистите по киберсигурност осъзнават необходимостта от създаване и прилагане на достатъчно надеждни протоколи. Нова разработка на италиански учени дава възможност за създаване и определяне на състоянията на заплетените фотони върху чипа и открива нови възможности за сигурна и ефективна квантова комуникация.

В квантовата теория на информацията състоянието на Грийнбергер-Хорн-Цайлингер е такова състояние на квантово заплитане, в което има поне три нива: състояния на частици, кубити или кудити. Учени от Италия възпроизведоха състоянието на ГХЦ върху фотонен чип, като комбинираха технологията на квантовите точки със стъклени фотонни вериги в едно съвсем различно иновативно устройство, пише Phys.org.

„Решихме да използваме стъклена матрица, тъй като тя е лесна за създаване на прототипи“, казва Пауло Ферейра, един от изследователите. – Освен това изработването в една стъпка, за разлика от традиционната електронно-лъчева литография, дава възможност да се произвеждат триизмерни вълноводи. Възможността за преконфигуриране на веригата благодарение на термичните превключватели позволява да се настройват оптичните фази на фотоните, което е важно за дадена суперпозиция“.

Ученият описва принципа на устройството по следния начин: представете си, че имате четири монети. В нормално състояние всяка монета поотделно, когато се хвърля, може да бъде в състояние на ези или тура. В заплетеното състояние на ГХЦ всичките четири фотона са свързани по специален начин – всички те са или ези, или тура, и в този случай никога не възникват смесени състояния. Ако знаете състоянието на единия фотон, автоматично знаете и състоянията на останалите три, независимо колко далеч са те. Ако една монета е ези, всички останали също са такива.

Този феномен може да се използва за запазване на квантовата информация в тайна, когато един участник споделя криптиращия ключ с няколко участници. Всеки опит за неоторизиран достъп автоматично променя квантовите корелации и не позволява разкриването на информацията.

Измерването на състоянието на една от частиците, за да се получи информация за ключа, ще доведе до колапс на квантовото състояние и ще промени първоначалната квантова корелация между всички участващи частици. Чрез сравняване на частиците с данните несъответствието ще бъде разкрито.

Изследването потвърждава ефективността на генерирането на заплетените състояния на ГХЦ (Грийнбергер-Хорн-Цайлингер) във фотонните чипове и показва пътя към масовото производство на квантови устройства. Използването на ГХЦ състоянията в търговските транзакции не само ще подобри сигурността на комуникациите, но и ще увеличи точността на откриване на нарушителите. Това е един нов подход, който може да осигури наистина надеждно криптиране.