Физики впервые реализовали квантовую доверенность на практике

Международной группе физиков впервые удалось реализовать на практике алгоритм квантовой доверенности. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Американского физического общества.

Квантовой доверенностью называют особый протокол передачи данных, при котором Алиса отправляет Бобу (участники квантовой коммуникации в физической литературе называются Алисой и Бобом со времен Эйнштейна) некую информацию. При этом Боб точно знает, что Алиса без его ведома не может поменять содержимое посылки, а Алиса — что Боб не может так заглянуть в эту посылку, чтобы она не узнала. То есть алгоритм функционирует в условиях, когда Алиса и Боб друг другу не доверяют.

Ранее было доказано, что алгоритм, удовлетворяющий подобным требованиям, не может быть реализован в рамках квантовой механики. В 2012 году физик Эндриан Кент из Кембриджа предложил алгоритм, в котором помимо квантовой механики использовалась и теория относительности. В рамках новой работы международной группе исследователей удалось на практике реализовать алгоритм Кента.

Суть алгоритма состоит в следующем. Боб посылает Алисе фотоны. Они случайным образом поляризованы в одном из двух базисов вертикально-горизонтально или две диагонали. Перед началом опыта Алиса выбирает поляризацию своего детектора. Получая фотоны, она измеряет их поляризацию. Свои данные она пересылает своим агентам, расположенным достаточно далеко — скажем, на другом конце земного шара. Эти агенты пересылают данные Бобу.

Содержание посылки в этом алгоритме — положение поляризатора Алисы. Пока фотоны не дошли до Боба, он не знает содержимое посылки. В случае агентов на другом конце земного шара это время может составлять не менее десяти миллисекунд — это обусловлено тем, что информация не может распространяться быстрее скорости света. С другой стороны, когда Боб получит данные, анализируя статистику, он сможет определить, во-первых, какое положение поляризации выбрала Алиса и, во-вторых, не меняла ли она это положение в ходе эксперимента.

Кроме этого в работе предусмотрена защита от нечестности агентов Алисы и Боба. Если они будут сообщать неверную информацию, это также отражается на уровне ошибки измерений. Если этот уровень был согласован заранее, то такая нечестность легко выявляется обоими участниками передачи.

В рамках работы для передачи информации использовался лазер. Передача проходила по открытому воздуху (скорость света на открытом воздухе выше, чем в оптическом кабеле). Агенты были разнесены на расстояние 20 километров, что позволило получить задержку 15 микросекунд. В настоящее время ученые работают над совершенствованием опыта.