Идея использования состояний поляризации одиночных фотонов при создании алгоритмов шифрования не нова. Впервые такой способ был предложен в 1970 году аспирантом Колумбийского университета Стивеном Визнером и был воспринят как антинаучный. Только спустя 13 лет работы Визнера были допущены к публикации в журнале SIGACT News и получили самую высокую оценку в научных кругах.
Согласно технологии, предложенной Визнером, в каждую банкноту должны были быть встроены 20 «световых ловушек» и по одному поляризованному в определенном состоянии фотону в каждой. Каждой банкноте присваивался свой серийный номер, кодирующий информацию поляризационного фотонного фильтра. Любые попытки использовать некорректный фильтр приводили бы к стиранию исходной комбинации поляризованных фотонов, а уникальную последовательность поляризационных фильтров — серийных номеров купюр было предложено сохранять в банке, что стало бы гарантией максимальной защиты банкнот от подделки.
Говоря языком математики, вероятность успешного несанкционированного копирования такой купюры не превышает (5/6)^N, (где N — число фотонов на банкноте). Вместе с тем, поскольку технически подлинность купюры, защищенной методами фотонной криптографии способен установить в одностороннем порядке лишь банк-эмитент, располагающий доступом к информации о поляризации фотонов, то использование технологии, предложенной Визнером в очередной раз было отложено в долгий ящик.
Решение проблемы — «квантовые деньги с открытым кодом» в 2009 году предложили специалисты Массачусетского технологического института. Согласно их идее выпуская каждую такую купюру банк составляет для нее секретное описание квантового состояния и алгоритм установления подлинности этого состояния. Совокупность такой информации позволяет точно определить подлинность купюры заинтересованной стороне, но не дает потенциальным мошенникам ответа ключевой вопрос: каким образом осуществлялось само кодирование.
Слабое место предложенной концепции — возможность для самих банков-эмитентов, владеющих полной информацией, поставить печатание сверхзащищенных копий купюр на поток. Для того, чтобы обойти это ограничение авторы технологии предложили использовать при кодировании серийных номеров квантовое состояние, продублировать которое за разумное время оказывается невозможно даже специалистам банка. А установить подлинность таких купюр оказывается вполне возможно используя алгоритм, основанный на модели Маркова.
Банкнота Стивена Визнера, закодированная с учетом принципов квантовой криптографии. Фото: Wikimedia
Почти полвека спустя после оглашения основных теоретических принципов Стивеном Визнером физикам Корнелльского университета удалось довести разработку до практической стадии и создать первый прототип «квантовых» денег будущего. В соответствии с предложенным принципом, при кодировании серийного номера каждой защищенной купюры будет использована способность квантовых битов пребывать в нескольких состояниях одновременно (0, 1 или |A|^2 + |B|^2 = 1). В полном соответствии с концепцией Визнера уникальный серийный номер, идентифицирующий денежную купюру-прототип зашифрован последовательностью фотонов, поляризованных в строго определенных состояниях.
Подробности исследований и препринт банкнот повышенной защиты представлены в публикации на сайте библиотеки Корнелльского университета (Cornell University Library).
Прототип квантовых денег. Фото: Cornell University Library
Ограничения метода и предлагаемые пути решения проблем
Несмотря на очевидные преимущества фотонной криптографической защиты, достоинства таких купюр, а если точнее, — чувствительность фотонного кода к внешним факторам и некорректному обращению, приводящие со временем к его незначительному изменению становится ключевым недостатком метода.
Поиски путей решения вышеописанной проблемы привел объединенную группу специалистов из Института Макса Планка по квантовой оптике в Гархинге (Германия), Гарвардского университета в Кембридже (штат Массачусетс), и Калифорнийского технологического института в Пасадене к выводу, что самым целесообразным в сложившейся ситуации будет снизить требования к подтверждению подлинности денежных купюр. Было предложено принимать банкноты, кодовая комбинация которых соответствует оригинальной на 90% и выше, а образующуюся погрешность устранить за счет внедрения нового класса проверки протоколов, терпимого к ошибкам кодировки, хранения и декодирования квантовых битов. Результаты исследований были опубликованы в журнале PNAS в 2012 году.
На этом всё, с вами был простой сервис для выбора сложной техники Dronk.Ru. Не забывайте подписываться на наш блог, будет ещё много интересного.
Спонсор поста кэшбэк-сервис LetyShops. Возвращайте деньги за любые покупки в интернете. Подробнее о том что такое кэшбэк-сервис читайте в нашей статье Выбираем кэшбэк-сервис на 6-летие Алиэкспресс
