Квантовая телепортация — это телепортирование не физических объектов, не энергии, а состояния. Но в данном случае состояния передаются таким образом, каким в классическом представлении это сделать невозможно. Как правило, для передачи информации о каком-то объекте требуется большое количество всесторонних измерений. Но они разрушают квантовое состояние, и у нас нет возможности повторно его измерить. Квантовая телепортация используется для того, чтобы передать, перенести некое состояние, обладая минимальной информацией о нем, не «заглядывая» в него, не измеряя и тем самым не нарушая.
Кубиты
Кубит — это и есть состояние, которое передается при квантовой телепортации. Квантовый бит находится в суперпозиции двух состояний. Классическое состояние находится, например, либо в состоянии 0, либо в состоянии 1. Квантовое находится в суперпозиции, и, что очень важно, пока мы его не измерим, оно не будет определено. Представим себе, что у нас был кубит на 30% — 0 и на 70% — 1. Если мы его измерим, мы можем получить как 0, так и 1. За одно измерение нельзя ничего сказать. Но если приготовить 100, 1000 таких одинаковых состояний и раз за разом их измерять, мы можем достаточно точно охарактеризовать это состояние и понять, что действительно там было 30% — 0 и 70% — 1.
Это пример получения информации классическим способом. Получив большое количество данных, адресат может воссоздать это состояние. Однако квантовая механика позволяет не готовить много состояний. Представим себе, что оно у нас есть только одно, уникальное, а второго такого нет. Тогда в классике передать его уже не получится. Физически, напрямую, это тоже не всегда возможно. А в квантовой механике мы можем использовать эффект запутанности.
Мы также используем явление квантовой нелокальности, то есть явление, которое невозможно в привычном для нас мире, для того чтобы здесь это состояние исчезло, а там появилось. Причем самое интересное, что применительно к тем же квантовым объектам существует теорема о неклонировании. То есть невозможно создать второе идентичное состояние. Надо уничтожить одно, чтобы появилось другое.
Квантовая запутанность
Что такое эффект запутанности? Это особым образом приготовленные два состояния, два квантовых объекта — кубита. Для простоты можно взять фотоны. Если эти фотоны разнести на большое расстояние, они будут коррелировать между собой. Что это значит? Представим себе, что у нас один фотон синий, а другой зеленый. Если мы их разнесли, посмотрели и у меня оказался синий, значит, у вас оказался зеленый, и наоборот. Или если взять коробку обуви, где есть правый и левый ботинок, незаметно их вытащить и в мешке отнести один ботинок вам, другой мне. Вот я открыл мешок, смотрю: у меня правый. Значит, у вас точно левый.
Квантовый случай отличается тем, что состояние, которое пришло ко мне до измерения, не синее и не зеленое — оно в суперпозиции синего и зеленого. После того как вы разделили ботинки, результат уже предопределен. Пока мешки несут, пока их еще не открыли, но уже точно понятно, что там будет. А пока квантовые объекты не измерены, еще ничего не решилось.
Если взять не цвет, а поляризацию, то есть направление колебаний электрического поля, можно выделить два варианта: вертикальная и горизонтальная поляризация и +45° — -45°. Если сложить вместе в равной пропорции горизонтальную и вертикальную, то получится +45°, если вычесть одну из другой, то -45°. Теперь представим, что точно так же один фотон попал ко мне, а другой к вам. Я посмотрел: он вертикальный. Значит, у вас горизонтальный. Теперь представим, что я увидел вертикальный, а вы посмотрели его в диагональном базисе, то есть посмотрели — он +45° или -45°, вы увидите с равной вероятностью тот ли иной исход. Но если я посмотрел в диагональном базисе и увидел +45°, то точно знаю, что у вас -45°.
Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена
Квантовая запутанность связана с фундаментальными свойствами квантовой механики и так называемым парадоксом Эйнштейна — Подольского — Розена. Эйнштейн так долго протестовал против квантовой механики, потому что считал, что природа не может со скоростью, большей скорости света, передавать информацию о состоянии. Мы же можем разнести фотоны очень далеко, например на световой год, а открывать одновременно. И мы все равно увидим эту корреляцию.
Но на самом деле теорию относительности это не нарушает, потому что информацию с помощью этого эффекта мы передать все равно не можем. Измеряется либо вертикальный, либо горизонтальный фотон. Но неизвестно заранее, какой именно он будет. Несмотря на то что нельзя передавать информацию быстрей скорости света, запутанность позволяет реализовать протокол квантовой телепортации. В чем он заключается? Рождается запутанная пара фотонов. Одна направляется к передатчику, другая — к приемнику. Передатчик производит совместное измерение целевого фотона, который он должен передать. И с вероятностью ? он получит результат OK. Он может сообщить об этом получателю, и получатель в этот момент узнает, что у него точно такое же состояние, как было у передатчика. А с вероятностью ? он получает другой результат — не то чтобы неуспешное измерение, а просто другой результат. Но в любом случае это полезная информация, которую можно передать получателю. Получатель в трех из четырех случаев должен произвести дополнительный поворот своего кубита, чтобы получить передаваемое состояние. То есть передается 2 бита информации, и при помощи них можно телепортировать сложное состояние, которое ими закодировать нельзя.
Квантовая криптография
Одна из главных сфер применения квантовой телепортации — это так называемая квантовая криптография. Идея этой технологии заключается в том, что одиночный фотон невозможно клонировать. Следовательно, мы можем передавать информацию в этом одиночном фотоне, и никто не сможет ее продублировать. Более того, при любой попытке кем-то узнать что-то об этой информации состояние фотона изменится или разрушится. Соответственно, любая попытка получить эту информацию посторонним будет замечена. Это можно использовать в криптографии, в защите информации. Правда, передается не полезная информация, а ключ, которым потом уже классически возможно абсолютно надежно передавать информацию.
У этой технологии есть один большой недостаток. Дело в том, что, как мы уже раньше говорили, создать копию фотона невозможно. Обычный сигнал в оптоволокне можно усилить. Для квантового случая усилить сигнал невозможно, так как усиление будет эквивалентно некоторому перехватчику. В реальной жизни, в реальных линиях передача ограничена расстоянием приблизительно до 100 километров. В 2016 году Российским квантовым центром была проведена демонстрация на линиях Газпромбанка, где показали квантовую криптографию на 30 километрах волокна в городских условиях.
В лаборатории мы способны показывать квантовую телепортацию на расстоянии до 327 километров. Но, к сожалению, большие расстояния непрактичны, потому что фотоны теряются в волокне и скорость получается очень низкая. Что делать? Можно поставить промежуточный сервер, который будет получать информацию, расшифровывать, потом снова зашифровывать и передавать дальше. Так делают, например, китайцы при строительстве своей сети квантовой криптографии. Такой же подход используют и американцы.
Квантовая телепортация в данном случае — это новый метод, который позволяет решить задачу квантовой криптографии и увеличить расстояние до тысяч километров. И в этом случае тот самый фотон, который передается, многократно телепортируется. Над этой задачей работает множество групп во всем мире.
Квантовая память
Представим себе цепочку телепортаций. В каждом из звеньев есть генератор запутанных пар, который должен их создавать и распределять. Это не всегда удачно происходит. Иногда нужно ждать, пока успешно произойдет очередная попытка распределения пар. И у кубита должно быть какое-то место, где он подождет телепортации. Это и есть квантовая память.
В квантовой криптографии это своего рода промежуточная станция. Называются такие станции квантовыми повторителями, и они сейчас являются одним из основных направлений для исследований и экспериментов. Это популярная тема, в начале 2010-х повторители были очень отдаленной перспективой, но сейчас задача выглядит реализуемой. Во многом потому, что техника постоянно развивается, в том числе за счет телекоммуникационных стандартов.
Ход эксперимента в лаборатории
Если вы придете в лабораторию квантовых коммуникаций, то вы увидите много электроники и волоконную оптику. Вся оптика стандартная, телекоммуникационная, лазеры в маленьких стандартных коробочках — чипах. Если вы зайдете в лабораторию Александра Львовского, где, в частности, делают телепортацию, то вы увидите оптический стол, который стабилизирован на пневмоопорах. То есть если этот стол, который весит тонну, потрогать пальцем, то он начнет плавать, покачиваться. Это сделано по причине того, что техника, которая реализует квантовые протоколы, очень чувствительна. Если вы поставите на жесткие ножки и будете ходить вокруг, то это все будет по колебаниям стола. То есть это открытая оптика, достаточно большие дорогие лазеры. В целом это достаточно громоздкое оборудование.
Исходное состояние готовится лазером. Для подготовки запутанных состояний используется нелинейный кристалл, который накачивается импульсным или непрерывным лазером. За счет нелинейных эффектов рождаются пары фотонов. Представим себе, что у нас есть фотон энергии два — ?(2?), он преобразуется в два фотона энергии один — ??+ ??. Эти фотоны рождаются только вместе, не может сначала отделиться один фотон, потом другой. И они связаны (запутаны) и проявляют неклассические корреляции.
История и актуальные исследования
Итак, в случае квантовой телепортации наблюдается эффект, который в ежедневной жизни мы наблюдать не можем. Но зато был очень красивый, фантастический образ, который как нельзя кстати подходил для описания этого явления, поэтому и назвали так — квантовая телепортация. Как уже было сказано, нет момента времени, когда здесь кубит еще существует, а там он уже появился. То есть сначала здесь уничтожено, а только потом там появляется. Это и есть та самая телепортация.
Квантовая телепортация была предложена теоретически в 1993 году группой американских ученых под руководством Чарльза Беннета — тогда и появился этот термин. Первая экспериментальная реализация была проведена в 1997 году сразу двумя группами физиков в Инсбруке и Риме. Постепенно ученым удавалось передавать состояния на все большее расстояние — от одного метра до сотен километров и более.
Сейчас люди пытаются делать эксперименты, которые, возможно, в будущем станут основой для квантовых повторителей. Ожидается, что спустя 5–10 лет мы увидим реальные квантовые повторители. Развивается и направление передачи состояния между объектами разной природы, в том числе в мае 2016 года была проведена гибридная квантовая телепортация в Квантовом центре, в лаборатории Александра Львовского. Теория тоже не стоит на месте. В том же Квантовом центре под руководством Алексея Федорова разрабатывается протокол телепортации уже не в одну сторону, а двунаправленный, чтобы с помощью одной пары сразу одновременно навстречу друг другу телепортировать состояния.
В рамках нашей работы над квантовой криптографией создается квантовое устройство распределения и ключа, то есть мы генерируем ключ, который невозможно перехватить. А дальше уже пользователь может зашифровать этим ключом информацию, используя так называемый одноразовый блокнот. Новые преимущества квантовых технологий должны раскрыться в ближайшее десятилетие. Развивается создание квантовых сенсоров. Их суть в том, что за счет квантовых эффектов мы можем гораздо точнее измерять, например, магнитное поле, температуру. То есть берутся так называемые NV-центры в алмазах — это крошечные алмазы, в них есть азотные дефекты, которые ведут себя квантовые объекты. Они очень похожи на замороженный одиночный атом. Смотря на этот дефект, можно наблюдать изменения температуры, причем и внутри одиночной клетки. То есть измерить не просто температуру под мышкой, а температуру органеллы внутри клетки.
В Российском квантовом центре также есть проект спинового диода. Идея такова, что мы можем взять антенну и начать очень эффективно собирать энергию из фоновых радиоволн. Достаточно вспомнить, сколько Wi-Fi-источников сейчас в городах, чтобы понять, что энергии радиоволн вокруг очень много. Ее можно использовать для носимых датчиков (например, для датчика уровня сахара в крови). Для них нужна постоянная энергетическая подпитка: либо батарейка, либо такая система, которая собирает энергию, в том числе от мобильного телефона. То есть, с одной стороны, эти задачи можно решать с существующей элементной базой с определенным качеством, а с другой стороны, можно применить квантовые технологии и решить эту задачу еще лучше, еще более миниатюрно.
Квантовая механика очень сильно изменила человеческую жизнь. Полупроводники, атомная бомба, атомная энергетика — это все объекты, работающие благодаря ей. Весь мир сейчас бьется над тем, чтобы начать управлять квантовыми свойствами одиночных частиц, в том числе запутанных. Например, в телепортации участвуют три частицы: одна пара и целевая. Но каждая из них управляется отдельно. Индивидуальное управление элементарными частицами открывает новые горизонты для техники, в том числе квантовый компьютер.
Юрий Курочкин, кандидат физико-математических наук, глава лаборатории квантовых коммуникаций Российского квантового центра.
Комментарии (103)
mixir
30.09.2016 21:46+2Про парадокс Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена не совсем понятно описано, так можно передавать данные или нет? Скажем если взять (в теории) два квантово запутанных электрона, разнести их на тысячи КМ и считывать их состояния с определенной частотой?
k155la3
01.10.2016 01:28Можно передавать случайные данные. :)
Это немного путано, но идея такая: берём запутанную пару, допустим, электронов с суммарным спином системы равным нулю, измеряем её, получаем на каждом конце случайное значение, но обязательно, если на одном конце +1/2, то на другом — -1/2.
Если мы на одном конце получили «0», то можем быть уверены, что на другом конце _именно в этот момент_ появилась единица. Но только один раз. После этого запутанное состояние исчезнет, и электроны сами по себе.igruh
01.10.2016 08:29Да даже если бы не исчезало — результат не добавлял бы никакой новой информации, это было бы не перемещением, а вспоминанием.
stokker
01.10.2016 11:06Или если влиять на состояние одного из них…
Dreaming
01.10.2016 13:54Что за люди пошли. Ничего не объяснив, просто минусят. В чем я не прав то? В статье указывается про уничтожение объекта, если в одном месте уничтожается, то в другом создается. Поняв этот процесс, можно размножить объект.
Dreaming
30.09.2016 22:19Если при передаче объект уничтожается, не значит ли это, что на выходе, при передаче, можно получить сотню объектов? Устройство которое будет телепортировать, по фактц делает копию. Получается, зная этот процесс, можно получить множество копий на выходе?
k155la3
01.10.2016 01:48Нет. Оно потому и названо «телепортация» (хотя телепортацией там и не пахло), что квантовое состояние «перемещается», оставаясь собой.
orcy
02.10.2016 18:30Не уверен что до конца понял вашу идею, но есть такая штука:
«Теорема о запрете клонирования — утверждение квантовой теории о невозможности создания идеальной копии произвольного неизвестного квантового состояния.» — википедияVjatcheslav3345
03.10.2016 01:04Для практических целей куда интереснее — а можно ли сделать хоть какую то, пусть и неидеальную копию — ну зачем, скажем, простому изделию типа гвоздя, снаряда, трубы, трактора или электровыключателя такая точность копирования. А вот при копировании, например информносителя неточности могут сделать нечитаемой или зашумлённой информацию.
Shkaff
30.09.2016 22:58+5Здорово, что пишете об этом, но не было ли полезнее несколько подробнее объяснять каждый из моментов, и разделить пост на пару? Мне показалось, что человеку не знакомому с темой сложно сразу влиться в обилие терминов. Скажем, понятие состояние никак не вводится, но стоит в первом же предложении, и так во многих местах. Пост вроде как для совсем не в теме, и получается как-то бесполезно достаточно.
ThunderCat
01.10.2016 11:07+3[сарказм]Это постнаука, детка, тут не для среднестатистического гика статьи, а для тех кто в теме.[/сарказм]
А в целом — да, у ребят и на сайте материалы отнюдь не уровня мембраны, для понимания 90% статей надо быть в теме, причем хорошо так. Если бы они немного снизили градус научности от шелдона к пенни — думаю это слегка повысило бы количество понимающих и читающих их статьи, но сильно принизило бы статус научного ресурса. А так получается как у меня на лекциях по уравнениям матфизики в свое время — куча формул — «из этого очевидно вытекает...» — следующая гора формул… хотя часть формул была знакома, очевидность была понятна только лектору. Тут точно такое же ощущение — вроде все почти знакомо — бац — логический вывод вообще нифига непонятен.Shkaff
01.10.2016 11:48+5В этом и проблема — для знающего тут абсолютно ничего интересного нет, а для не знающего — понятнее не становится (и, судя по комментариям некоторым, даже наоборот).
Utopia
30.09.2016 23:36+1Я, хоть убейте, не понимаю. Есть фотон, есть его спин. Есть 2 запутанных фотона с разными (и никак иначе) спинами. Мы их разносим на 1 световой год. После этого — если измеряем первый — то точно знаем какой второй.
И чем это отличается от того, что мы положим в коробки (если хотите, наугад, с завязанными глазами) левый и правый ботинки, запечатаем и разнесем… на тот же один световой год. И тоже — откроем один и будем точно знать какой второй.
Так же, объясните, почему передача в квантовой криптографии считается абсолютно надежной.
Да — перехватив фотон в оптоволокне, мы никак не сможем узнать его квантовое состояние не измерив его.
Насколько я понимаю, измеряя, мы воздействуем на фотон и он автоматически изменяет свое состояние на неизвестное (спин может поменяться, а может и нет) Поэтому продолжить путь фотона адресату мы не можем (условно он обнаружит подлог по контрольной сумме). Но что помешает нам создать много новых пар запутанных фотонов, измерить их «вторые половинки», подобрать нужный и отправить его. На данном этапе развития — догадываюсь, что скорость этой подмены будет достаточной, что бы обнаружить её… Но теоретически, что мешает осуществить такой перехват?k155la3
01.10.2016 01:42Фишка в том, что способ измерения мы выбираем в момент измерения. И ни фотоны, ни тем более злоумышленник, не знают, _какому именно_ измерению мы собираемся подвергнуть пару фотонов.
По аналогии с бытом и ботинками (хотя аналогия получается уже бредовой, как и должна быть аналогия с макромиром :)) мы кладём в коробки два ботинка «контрастного цвета», а потом в одном из мест решаем, будет ли это пара из чёрного с белым или из зелёного с красным.
В момент отправки цвет — _не определён._
И, конечно, злоумышленник не может знать, какие измерения мы намерены проделать. Перехватив коробку, он разрушит корреляцию и достанет ботинок (допустим) синего цвета. В этот момент на другом конце другой ботинок приобретёт жёлтый цвет.
Но мы-то при передаче уславливались на чёрно-белые!
Когда мы на конце отправки померим оставшуюся копию на «чёрнобелость», мы получим с какой-то вероятностью белый, а с какой-то — чёрный цвет. То есть, совпадение отправленного ключа с тем, что получил злоумышленник может быть уже только чисто случайным.
Более того, мы заметим факт разрушения корреляции, когда обменяемся такими посланиями со своим адресатом. И увидим, что нас подслушивают.
DenimTornado
01.10.2016 11:12А каким образом «ботинок» меняет цвет?
k155la3
01.10.2016 13:26+2:) Это очень, очень, очень хороший вопрос… на который я не знаю, что ответить. :)
Согласно Копенгагенской интерпретации КМ правильный ответ «потому что так». Есть и другие варианты ответа, подробнее, например, «потому что так вот».
Наш мир нелокален и не имеет скрытых параметров. Это то, что мы знаем. Почему и как так получается — без понятия.mirsev
01.10.2016 19:14-1k155la3 — это микросхема такая? :) Откуда Вы знаете, что мир нелокален и не имеет скрытых параметров? Кто Вам это сказал?
Вообще, мне кажется, что идея квантовой криптографии противоречит самой идее передачи информации. То есть, передача информации подразумевает модуляцию носителя заранее заданным способом, позволяющим последующую демодуляцию с интерпретацией самого послания. Если возможна демодуляция, почему невозможны перехват, демодуляция для анализа и обратная модуляция?
Если есть генератор пар связанных фотонов в точке передачи информации, почему я не могу сделать такой же генератор с производительностью в 10 раз больше и отправлять дальше вместо перехваченных те из моих фотонов, которые будут очень похожи на перехваченные? Тем более, что параметров, которые мне нужно «скопировать» не так уж и много у фотона. Тем более, что после каждых 10 километров половина фотонов теряется, а значит в послание уже будет заложена избыточность для коррекции ошибок, принимающий передачу должен допустить, что не все фотоны долетели, и вряд ли сможет отловить «подставленный» фотон.k155la3
01.10.2016 19:25+2Да.
Природа. Были поставлены прямые эксперименты по проверке неравенств Белла. Квантовая криптография — это уже прямое следствие.
Уф. Если после всех объяснений продолжает казаться, что тут можно сделать? Ну, кажется и кажется, что ж… бывает.
Перехват невозможен потому, что спутанная пара — _единое целое._ В момент измерения оно ведёт себя единое целое, на какие расстояния ни было бы разнесено, и это можно проверить…
После чего целостность разрушается, и восстановить в одностороннем порядке её невозможно. Ну вот то есть СОВСЕМ невозможно по современным представлениям о самых основах нашего мира.
Нет никакой «демодуляции-модуляции» вообще, да и вообще передачи информации НЕТ (о чём не раз, кстати, настойчиво было повторено). Есть случайный процесс измерения пространственно-разнесённой системы, который приводит к одновременному появлению связанных значений в двух пространственно-удалённых точках. Понимаете?
Ну что тут сложного такого?
Нет отдельных фотонов, переданных от Пети к Васе, нет модуляции, нет возможности перехватить или подделать… Ну или по меньшей мере, пока фундаментальная физика такого способа не знает.mirsev
01.10.2016 19:28Ага… Ну раз передачи информации нет, значит и криптография в данном случае не нужна. Так?
k155la3
01.10.2016 19:36+2Ну… можно сказать и так.
Вообще, старая терминология при переносе на новые явления порождает много путаницы. Гораздо понятнее будет, если сказать, что мы нашли способ одновременно генерировать одно и то же случайное число в двух (и только двух!) разных точках пространства.
Для этого нам нужен оптический канал связи и немножко специфичного железа.
Криптография появляется на втором этапе, когда мы с помощью этого случайного числа начинаем шифровать передаваемые по классическому каналу данные. Получается одноразовый шифроблокнот (как известно, невзламываемый принципиально), но возобновляемый, бесконечной длины.
Что и даёт абсолютную защиту.mirsev
01.10.2016 19:39+1Вот теперь, пожалуйста, подробнее про способ одновременно генерировать одно и то же случайное число в двух (и только двух!) разных точках пространства. Это как?
k155la3
01.10.2016 19:47+3Так выше же — целая статья об этом. Вы издеваетесь? :)
Приготавливается система из двух фотонов с единой ВФ. Один фотон отправляется далеко, второй остаётся на месте. Затем кто-то измеряет свой фотон по оговоренному базису, получает случайное число, ВФ системы коллапсирует в чистое состояние по этому базису (ВФ всей системы, И первый, И второй фотон). Если после этого на другом конце измерить другой фотон по тому же базису, получается 100% корреляция.
Можно это представлять как сверхсветовую передачу информации из первого места во второе («телепортация» и т.п.), но правильнее — как одновременное появление связанной (случайной! это принципиально!) информации в двух точках пространства.mirsev
01.10.2016 20:03-1Издеваюсь, конечно! Какой-то идиот когда-то придумал, что кот Шрёдингера подыхает именно в тот момент, когда открывается ящик… А до этого он был в суперпозиции сдох-несдох… И после этого пошло…
Да не коллапсирует ВФ. Она какая была, такая и остаётся, она уже была такая с учётом возможного вмешательства. Измерив состояние фотона в одном конце, Вы просто предсказали, что будет на другом. Вот и всё. Где тут передача информации? И где тут генерация случайных чисел? Чувак, который принимает Ваши фотоны на другом конце, не знает чего Вы сами там уже намерили, а значит может только рассчитывать на свои детекторы, чтобы определить чего Вы ему послали. Опять, не вижу тут места для криптографии, и как можно тут уберечься от MITM.k155la3
01.10.2016 20:12Ну, кота Шредингера придумал не «какой-то идиот», а очень конкретный. Легко догадаться, кто. :) Заодно он же придумал уравнение Шредингера, с которого по факту началась КМ как осмысленная теория.
Она НЕ была такой до измерения, потому что способ измерения может быть выбран уже после создания системы и разнесения её частей на расстояние. Это проверили. Проверено: это так.
Чувак на другом конце делает свои измерения (по согласованному нами способу) сам и получает свой результат, коррелирующий с моим.
Ну, конечно, раз Вы чего-то не видите и/или не понимаете, значит, этого нет. :)
Но объясните мне схему. Вот у нас с Васей квантовая криптолиния. Я посылаю ему запутанный фотон. Вы сидите посередине и очень хотите знать этот бит (им я потом зашифрую ответ на вопрос на миллион). Ваши действия? Что именно Вы будете делать, как измерять, что дальше и т.п., в деталях, плз?mirsev
01.10.2016 20:46ОК, только сначала скажите, что Вы предпримете, чтобы эта информация дошла по Васи, учитывая, что Вася сидит на расстоянии 20 км от Вас, а это означает, что этот фотон, стоимостью в миллион, потеряется по дороге с вероятностью 75 процентов.
k155la3
01.10.2016 20:52Ну, фотоны вовсе не дорогие, а для надёжного ключа мне не нужно их много. Я просто буду посылать избыток. Если их нужно вчетверо больше — значит вчетверо.
mirsev
01.10.2016 20:58Вот и отлично! Этого вполне достаточно, чтобы пропустить пару фотонов, чтобы Вася не заметил, а остальные два пустим на свои нужды.
k155la3
01.10.2016 21:04На какие?
Я пустил 4 фотона из созданых мною четырёх пар. Два профукались, один долетел до Васи и один поймали Вы. Теперь, наконец, расскажите, какой вообще Вам со всего этого профит?mirsev
01.10.2016 21:11Ну, Вы то ведь не знаете, какой долетит до Васи, а какой я поймаю, но Вам важно, чтобы до Васи дошла информация на миллион. Значит все 4 запущенных фотона Вы промодулируете одинаково, чтобы Вася, поймав хотя бы один из них, демодулировал его и однозначно интерпретировал сообщение. А это значит, что перехватив один из фотонов, я тоже могу его демодулировать и интерпретировать. Не?
IvanT
01.10.2016 21:15Да нету никакой модуляции сказано же. Состояние фотона никто не устанавливает. Оно случайно и определить его можно только когда провели измерения. Если вы поймали фотон, то до Васи он не дошел, а следовательно частью ключа для шифровки \ расшифровки не стал. Частью ключа станут только те, которые дошли и от того, что наперехватывали по пути кучу фотонов толку нет, потому, что их состояние не будет участвовать в шифровании. Так понятнее?
k155la3
01.10.2016 21:17Вроде, я три раза уже повторил, что я ничего не «модулирую», тем более, «одинаково». Я посылаю части спутанных пар. Так что — именно «не».
Перехваченный фотон из одной пары ничего не скажет ни об остальных, ни о ключе. Каждая пара — сама по себе. Вот я и спрашиваю: фигли Вам с перехваченным фотоном делать, если он в запутанном состоянии до Васи уже никогда не дойдёт, и я после выкину свою часть этой пары из ключа как некоррелированную вместе с остальными потерями?
Ну получили вы «1». Или «0». Дальше-то — вот что?mirsev
01.10.2016 21:28Тогда к Васе вопрос: Вы послали 4 случайных фотона, а до него дошёл один. И как ему его использовать? Как бит для XOR в шифре? А если не этот фотон долетел, а другой, с другой поляризацией? Как его интерпретировать?
Если сообщение посылается с избыточностью с учётом возможных потерь фотонов, почему я, перехватив другой фотон, из-за той же самой избыточности не смогу восстановить сообщение?k155la3
01.10.2016 21:40(Тут начинаются алгоритмы коррекции ошибок, которые, вообще говоря, уже могут отличаться).
Ага. Как бит в XOR'е.
Потому что у нас с Васей есть общее множество дошедших правильно пар. Соотвественно, мы имеем общую часть ключа, мы просто пока ещё знаем, какую. С Вами я тоже имею общую часть ключа (то, что Вы перехватили). А вот нашей общей с Васей части ключа у Вас нет (и принципиально не может быть).
А криптованное сообщение мне посылает Вася.
IvanT
01.10.2016 21:20Фотоны не передают информацию на миллион. Они лишь «передают» ключ для её шифровки \ дешифровки. Чтобы взломать систему вам нужно перехватить все фотоны, узнать как каждый из них измерялся, перехватить сообщение (переданное по другому каналу) и уже потом расшифровать его. Сообщение и ключ идут отдельно и не факт, что в одно и то же время. Грубо говоря ключ можно послать сегодня, а сообщения завтра. За это время Вася узнает, что контрольная сумма по ключу не совпала потому, что вы перехватили часть фотонов.
mirsev
01.10.2016 21:31А у Васи совпадёт контрольная сумма, если часть фотонов по дороге потеряется, а кроме этого, из-за темнового тока фотодетектора, у него в системе окажется несколько ложных сигналов от фотонов, которые вообще никогда не посылались?
IvanT
01.10.2016 21:41«Алё, это Вася? Я послал тебе 200 фотонов с <такими-то> айди. Сколько до тебя дошло?»
«Дошло 54. Айди фотонов <такие-то.>»
«Ок. По ним у меня контрольная сумма <такая-то>»
«Уменя тоже.»
«Лови сообщение на миллион.»
Уважаемый k155la3 я верно понимаю алгоритм передачи? Т.е. мы передаем фотоны отдельно и отдельно служебную информацию по ним чтобы понять какие потерялись по дороге и не должны быть учтены, а уже потом отдельно послыем сообщениемk155la3
01.10.2016 21:47Есть нюансы со способом вычисления тех фотонов, которые дошли, я так понимаю, что вопрос касается именно этого пункта.
Но в итоге — именно так. Мы с Васей выясняем, какие дошли правильно и совпадают у нас, затем выкидываем лишнее и спокойно используем ключ.IvanT
01.10.2016 21:51Да вопрос был как раз об этом. Значит верно уяснил для себя. Наконец понял, что и как с возможность. передачей информации и шифрованием. Большое спасибо Вам за объяснения :) Очень полезные комментарии.
mirsev
01.10.2016 22:17А совпадение обсуждается по открытому каналу?
В общем, насколько я себе могу это представить, передача ключа шифрования (или затравки для генератора псевдослучайных чисел нужной длины) может выглядеть так:
Петя передаёт Васе последовательность фотонов из связанной пары. Одна половина регистрируется на месте, вторая — вталкивается в волоконную линию связи. На месте передачи у нас есть таблица: время передачи и состояние фотона, возможно с ошибкой измерения. Вася принимает то, что до него долетело, определяет состояние принятых фотонов, и пересылает метки времени обратно Пете. Учитывая вероятностный пуассоновский характер меток времени, Вася сопоставляет их со своим списком, учитывая задержку на передачу, определяет, что там долетело до Васи, а у Васи может быть и часть ложных срабатываний из-за темнового тока фотодетекторов, Петя составляет ключ, добавляя некоторую избыточность на те временны?е метки, которые есть у Васи, но нет у Пети, плюс надо скомпенсировать возможные ошибки при измерениях поляризации у обоих: и у Пети, и у Васи. То есть, составляется метод шифрования-кодирования с коррекцией ошибок. Всё? Я правильно понял, что перехват фотонов в данном случае не работает, т.к. перехваченные фотоны никак не коррелируют с теми, которые в конце концов лягут в основу ключа?k155la3
01.10.2016 22:49Можно по открытому, Вам это ничего не даст: в итоге Вы знаете, какую часть бит мы использовали, но Вы не знаете значения этих бит. Конечно, тут начинаются нюансы, и можно всадить в протокол косяк и уязвимость (сколько раз находили косяки в openSSL, хотя RSA-то считается вполне надёжным), но это уже такое… житейское.
Да, в этом-то и главная фишка, отличие от всего, что было ранее: как только случается перехват, биты перестают совпадать у отправителя и адресата, а значит — теряют смысл как часть ключа. Сам факт перехвата неизлечимо портит перехваченное, и подделать никак, фундаментальная физика (пока?) против.mirsev
01.10.2016 22:56-1Ну, и чем тут физика лучше математики? Если есть перехват, я и квантовую криптографию подделаю: Петя передаёт, я перехватываю, прикидываясь Васей, получаю, в результате, ключ Я-Петя. Одновременно прикидываюсь Петей перед Васей, получаю ключ Я-Вася. И всё!
А! Вы заранее о чём-то договорились по совершенно другому каналу связи? Или даже при личной встрече? Ну, так тогда почему бы вам сразу не обменяться затравками для генераторов псевдослучайных чисел и не париться с квантовой криптографией?k155la3
01.10.2016 23:13Ну, с практической точки зрения Вам будет сильно мешать наша с Васей возможность обменяться информацией по любому классическому каналу связи. Вам нужно полностью контролировать (не просто подслушивать, а полностью управлять содержимым в обе стороны) их все, иначе обман вскроется. С практической точки зрения это нетривиальная задача и технические проблемы тут растут как снежный ком.
«Затравка для генератора псевдослучайных чисел» — это и есть ключ шифра. :) И доказано, что всё дело — в длине этого ключа, если ключ слишком короткий, то систему можно вскрыть. Чтобы «не париться с квантовой криптографией», но иметь достаточную надёжность, нужно по надёжному каналу распределять ключи достаточной длины.
Кстати, так сейчас и делают. Но свои минусы у этой схемы, очевидно, есть. :)
black_semargl
02.10.2016 11:39Для такой штуки нужно не просто перехватить сообщение, а ещё и блокировать его передачу адресату.
в условиях нынешней разветвлённой сети это достаточно проблематично — слишком много каналов связи.
Иначе Вася сразу поймёт, кто Петя, а кто им прикидывается. Потому что от них пришли разные ключи.
Суть квантовой телепортации в том, что принципиально невозможно послать какой-то определённый ключ. Т.е. если даже ты перехватил посланный Васей ключ — ты не можешь послать его копию Пете.
taujavarob
03.10.2016 00:08@ mirsev > почему бы вам сразу не обменяться затравками для генераторов псевдослучайных чисел и не париться с квантовой криптографией?
k155la3 > с практической точки зрения Вам будет сильно мешать наша с Васей возможность обменяться информацией по любому классическому каналу связи.
black_semargl > если даже ты перехватил посланный Васей ключ — ты не можешь послать его копию Пете.
Это так, но ты (как человек-посредине) можешь по открытому каналу или по обычному криптованному(по тому, по которому Петя сообщает Васе о том какие конкретно «по счёту» фотоны он получил), передать Васе, прикинувшись Петей — какие именно фотоны ты перехватил. — И тогда Вася будет вести связь с тобой, считая что ты Петя.
Если это так — то, считая что защита связи определяется самой уязвимой технологией в цепочке передаче, мы имеем «защиту этой связи» на уровне защиты «обычного криптованного канала» — со всеми вытекающими.
Но верно то, что Петю обмануть так мы не сможем — только Васю, выдав себя за Петю.
k155la3
03.10.2016 00:44Тут нужно сразу вспомнить, что обсуждали мы НЕ криптопротокол, а только его физические основы. И уязвимости протокола нами (мною) были внесены как результат упрощения для понятности.
Реальные протоколы содержать эти уязвимости вовсе не обязаны.
Представьте себе, что Вася с Петей обмениваются ключами по квантовой связи. У Пети теперь имеется по два ключа: полученный в результате передачи и принятый. Петя делает XOR одного ключа по другому и отдаёт по классической линии Васе.
У Васи достаточно данных, чтобы выкинуть некоррелирующие пары.
И на практике, даже в таком примитивнейшем протоколе оставшиеся, где ошибка случайно дала верный результат — не помогут злодею. Вася с Петей могут повторить процесс, теперь уже побитно просуммировав новую пару ключей с предыдущими.
ChALkeRx
02.10.2016 12:20что кот Шрёдингера подыхает именно в тот момент, когда открывается ящик… А до этого он был в суперпозиции сдох-несдох…
Знаете, а с этим всё очень сложно.
Интерференцию получали на сложных молекулах больше 1000 а.е.м.
Если слово «интерференция» не звучит так круто, как «квантовая телепортация», то посмотрите на эксперимент с отложенным выбором.
А именно:
- Одиночные частицы интерферируют на двух щелях — в принципе невозможно сказать, что частица пролетела только через одну из щелей.
- Но если мы начинаем у щелей детектировать частицу и смотреть, через какую она пролетела — она всегда пролетает через одну. Интерференционная картина пропадает.
- Эксперимент можно построить таким образом, чтобы мы решали смотреть или нет в условную «коробку» (измерять) результат взаимодействия с частицей у щели уже значительно после того, как она пролетела через щели (и после того, как мы с ней там провзаимодействовали). Если мы после пролёта частицы решаем (генератором), что хорошо бы таки открыть нашу «коробку» — оказывается, что она пролетела через одну из щелей, интерференционная картина пропадает. Если мы решаем этого не делать — оказывается, что она пролетела через обе, интерференционная картина есть.
- То же самое применимо к гравитационному линзированию и фотонам, испущенным в далёких галактиках миллионы лет назад, и условному «выбору» пути вокруг других галактик, который эти фотоны в классическом понимании должны были бы сделать те же миллионы лет назад, а реально путь определяется только в момент измерения фотона.
- Кстати, дифракцию и на вирусах получали. С геномом там и всеми делами — они тоже дают дифракционную картинку. На выстрелах одиночными экземплярами.
Причём эти результаты были ожидаемы на самом деле, теория всё это предсказывала. Но для классического понимания это всё дико звучит.
На самом деле эксперименты показывают ровно то, что «частиц» в классическом понимании нет. Даже если эта «частица» — это огромная молекула размером больше 1000 а.е.м или вообще экземпляр вируса.
До измерения фотона не мы не знали, где он находится, а он реально нигде конкретно не находился, и один и тот же фотон, испущенный далёкой звездой, можно было обнаружить как на одном конце галактики, так и на другом.
Так что там с котом и коробкой, говорите? ;-)
black_semargl
02.10.2016 12:34> Но если мы начинаем у щелей детектировать частицу и смотреть, через какую она пролетела — она всегда пролетает через одну. Интерференционная картина пропадает.
Говорят, не всегда пропадает.
kauri_39
02.10.2016 17:51-2Для начала неплохо бы знать, как запутанные фотоны узнают, что один из них был измерен, и теперь парный с ним фотон должен выйти из состояния суперпозиции со спином, противоположным спину измеренного фотона?
Ещё вопрос: состояние суперпозиции «позволяет» запутанным фотонам до измерения одного из них синхронно менять свои спины, сохраняя их противоположность. Например, под влиянием каких-либо вакуумных флуктуаций, виртуальных частиц. Мы же не можем знать все эти детали в силу неопределённости Гейзенберга, значит, должны допустить их вероятность.
Видимо, между запутанными частицами существует канал мгновенной информационной связи. Мы не можем (пока?) пользоваться аналогичным каналом, а они могут. Что думаете об этом?k155la3
02.10.2016 20:24+1Знать не просто «неплохо бы», а «офигительно!».
Но мы не знаем. Точнее, знаем, что это следует из твёрдо установленных нами и работающих теорий, формул и зависимостей, но что лежит _под_ этими теориями — увы.
Но пользоваться результатами нам это не мешает, как не мешает пользоваться электронами непонимание, откуда берётся его заряд -1.6Е-19Кл и почему именно такой.
Нелокальность вообще подразумевает то, что запутанные частицы действуют как единое целое — да.
Но вот «канала связи» именно между частицами тут может и не быть. Может и быть (хотя это противоречит ТО), но в принципе — его существование тут далеко не обязательно и вовсе не очевидно.kauri_39
03.10.2016 23:10-2Вы правы в том, что, познавая микромир средствами физики, мы упираемся в теории, формулы и зависимости, а что лежит под ними — не знаем. Это не мешает пользоваться доступными практическими приложениями наших теорий — той же квантовой криптографией. Но хочется большего. И было бы «офигительно» знать, что позволяет мгновенно взаимодействовать запутанным частицам. Может, и нам стал бы доступен их способ взаимодействия?
Однако узнать это только лишь средствами физики невозможно. Для физического познания микромира есть фундаментальное ограничение — неопределённость Гейзенберга. Пока фотон — самый малый для нас носитель информации, но его энергия слишком велика для масштабов микромира. «Ощупывая» фотоном сравнимый с ним по энергетике объект изучения, мы разрушаем сам объект.
Другое фундаментальное ограничение обрывает нам поток информации из макромира. Это скорость света. Она слишком мала для масштабов Вселенной. Поэтому мы можем видеть лишь небольшую часть Вселенной — свой объём Хаббла. Причём смотрим в нём не столько в даль, сколько в прошлое. Поэтому физики могут строить разные варианты мультиверса, но проверить их не могут. Свет от других вселенных к нам не долетает.
Но есть способ преодолеть фундаментальные физические ограничения. Надо воспользоваться общим законом эволюции материи. Его вывод описан в моей последней публикации. Он, кроме прочего, даёт… проверяемый вариант мультиверса. Этот вариант излагается в моей первой публикации.
Суть в том, что в ходе эволюции растёт масштаб представителей — элементов — новых форм организации материи и растёт дальнодействие связи между ними. Под дальнодействием понимается оперативность (скорость и радиус) взаимодействий элементов, позволяющая им объединяться в более масштабные элементы очередной новой формы. И согласно общему закону эволюции, выведенному из анализа большей её части, цивилизации обретают сверхсветовую связь, на основе которой объединяются в единую систему — федерацию.
В каждой вселенной, где протекала полнометражная эволюция материи, могла сложиться своя федерация. Общий закон эволюции не ограничивает масштаб или количество элементов новых форм, он описывает порядок их образования, порядок их счёта. Поэтому за множеством цивилизаций идёт множество федераций. Его для более лёгкого восприятия я называю множеством разумных вселенных.
Правда, им ещё предстоит стать разумными — выжить при взаимном сжатии множества расширяющихся вселенных: обитаемых и необитаемых. Из них образуется пространство более масштабной вселенной, и не одной, а множества макровселенных (в вечном и бесконечном сверхпространстве хватит места для бесчисленных вселенных бесконечно большого масштаба). Выжившие разумные вселенные в пространстве вселенной следующего масштаба (макровселенной) явятся в качестве её фотонов. А системы таких фотонов — в качестве её кварков (их противостояние с антикварками опускаю). Их материальный канал связи — короткодействующий, у кварков он выражен в обмене глюонами. А вот информационный канал связи — дальнодействующий, «нелокальный».
Это и есть проверяемый вариант мультиверса, основанный на общем законе эволюции. Он проверяется наличием такого же мультиверса предыдущего масштаба — поведением фотонов (разумных микровселенных) и других частиц в пространстве нашей Вселенной. Такая модель мира объясняет проблемные места в физике: космологическую постоянную, природу гравитации, мгновенные взаимодействия запутанных частиц, происхождение благоприятных для эволюции фундаментальных параметров Вселенной. Это будет революция в мировоззрении, она взорвёт мир, ограниченный неопределённостью Гейзенберга и скоростью света.
Captain_Flint
04.10.2016 12:49Переосмысление идей Шмакова? Я про «Закон синархии».
kauri_39
05.10.2016 00:27-2О синархии Шмакова узнал благодаря Вашему вопросу. Наверное, что-то общее есть. Но я всегда избегал эзотерических описаний мира — в понятиях «эргрегоры», «монады» и прочее. Меня интересуют научные понятия, научные знания о мире. Только предыдущие философы не дождались их нужного количества для построения такой модели, а я дождался.
Пожалуй, эта модель ближе к мирозданию Анаксагора — с его «семенами вещей» и Богом — Разумной силой. На роль «семян» годятся кварки — системы фотонов, разумных микровселенных. Они одновременно итог, плоды эволюции материи в мире микровселенных и начало «вещей» в мире вселенных нашего масштаба. Бог, организующий эволюцию материи в нашей, в частности, Вселенной это совокупный Разум всех её кварков. Это, возможно, иерархическая информационная сеть (Слово, Логос).
Интересы человечества выше интересов физиков. Им может быть достаточно изучения их ограниченного мира, а человечеству — нет. Представителям живых и разумных форм свойственно интересоваться будущим, информация о нём способствует их выживанию. Поэтому общий закон эволюции, перешагивающий через названные физические ограничения, будет востребован. Чем раньше это поймут физики, тем лучше будет и для них. Это новое поле деятельности, более благодатное, чем поиски тёмной материи или суперсимметричных частиц. Но пусть они решают это сами.Captain_Flint
05.10.2016 11:56Ваше «Бог… это совокупный Разум всех её кварков» не является научным описанием мира в строгом понимании.
Шмаков же честно говорит о своих идеях как о эзотерических — т.е., упрощённо говоря, относящихся к человеку и его восприятию мира. Хотя и пробует опираться на научный подход в рамках знаний своего времени.
taujavarob
04.10.2016 14:12kauri_39 > Это будет революция в мировоззрении, она взорвёт мир, ограниченный неопределённостью Гейзенберга и скоростью света.
Я впечатлён. Мощно!
Efethu
01.10.2016 11:51Мне кажется, аналогия с ботинками приводит только к еще большей путанице, т.к. ботинки не меняют цвет в зависимости от своей пары, не обретают цвет при осмотре и не самоуничтожаются.
Давайте перейдем назад на реально существующие устройства, думаю, поляризация фотона не такое уж и сложное понятие для тех, кто не прогуливал в школе физику.
Итак, у нас нет фотонов, которые могут становиться черными, белыми, синими и желтыми, у нас есть только вертикальные и горизонтальные. Соответственно и проверять можно лишь на вертикальность и горизонтальность.
Можно как-нибудь на пальцах объяснить что куда посылается, что где проверяется, в какой очередности и как именно.
Для упрощенного случая, когда хочется передать 1 бит информации.
grokinn
01.10.2016 12:40-2Мне кажется в вики доступно разъяснено
https://ru.wikipedia.org/wiki/Квантовая_криптография
k155la3
01.10.2016 13:17+1У нас нет «только вертикальных или горизонтальных».
У нас есть система, пара, допустим, с суммарным нулевым спином.
Это значит, что мы можем проверить на вертикальность-горизонтальность так, а можем повернуть поляризаторы на 45 градусов (как в оригинальном предложении Белла) и проверить на «горизонталь-вертикаль» этак, или, скажем, внезапно(тм) проверить на круговую поляризацию — левую или правую. И в первом, и во втором, и в третьем случае результат измерений конкретного фотона неизвестен, а вот результат измерения системы с нулевым спином — предопределён.
Представьте себе обычные эллиптически-поляризованные фотоны. Какой бы Вы поляризатор ни выбрали, результатом будет либо прохождение фотона через него, либо непрохождение. И если фотон прошёл, то он приобретёт после этого выбранную Вами поляризацию. Поставите поляризатор под углом 37 градусов, и все прошедшие фотоны будут иметь такую поляризацию. Через следующий такой фильтр пройдут 100% их. Измерение определяет их состояние. Они «не знали», под каким углом Вы поставите поляризатор, у них была лишь вероятность пройти, но после того, как они прошли, Вы привели их в чистое состояние по _выбранному Вами_ базису.
Так вот в спутанной паре, которая описывается единой ВФ, результат измерения одного фотона влияет не только на поляризацию измеренного фотона (что Вам должно быть понятно и привычно), но и второго из пары.
Принципиальность последовательность очень простая: Петя генерирует пару с, допустим, нулевым общим спином и один фотон отсылает Васе. Вася на своём приёмном конце выбирает способ измерения и сообщает его Пете. Петя измеряет, Вася измеряет, и если они выбрали один способ измерения, то у них на руках возникает один и тот же (с точностью до инверсии) случайный результат измерения.
Если Одноглазый Джо на пути перехватит инфу о способе измерения, поставит свой измерятор и перехватит фотон, посланный Петей Васе, ничего страшного не случится: у него возникнет число, коррелированное с Петиным, но у Васи-то — уже нет. Джо не может послать Васе «такой же фотон»: корреляция пары будет необратимо разрушена в момент измерения. У Васи будет своё, ни с чем не связанное число, и если он использует его как ключ для шифра и пошлёт сообщение Пете, то Джо не получит никакого профита.
Более того, когда сообщение дойдёт до Пети и он попытается расшифровать его, Петя увидит, что ключ его не совпадает с Васиным, а значит, на пути Васин фотон кем-то был перехвачен.
Со всеми вытекающими выводами.TeraFluk
01.10.2016 22:44Спасибо! Так уже понятнее)
Скажите пожалуйста, а где и как хранится Петин фотон? с отправленным понятно он в оптоволокне, а как сохранить длительное время фотон?k155la3
01.10.2016 23:20Прямо сейчас — в таком же мотке волокна. Но можно приготовить особые среды, в которых фотон может храниться, сохраняя когерентность ВФ. Когда Вы читаете в новостях «учёные замедлили свет в миллион раз» — это вот про то самое.
У Васи больше не будет этого фотона. И даже если Джо отправит Васе новый фотон, он не будет связан с моим, при коррекции ошибок мы выкинем этот бит из ключа точно так же, как выкидываем любые другие потери. Да, Джо мы поймаем только если он начнёт зарываться и перехватывать много фотонов, до некоторых пор он может делать это незаметно. Но и пользы ему в том нет.
TeraFluk
01.10.2016 22:51И еще, допустим Джо подслушал разговор по телефону о способе измерения и измерит таким же способом, как Вася, пойманный фотон (из 4 отправленных), как будут развиваться события дальше?
Utopia
02.10.2016 03:50Скажите, я правильно понимаю, измерить можно только 1 раз один вид поляризации? Измеряем круговую, но ничего не узнаем о вертикальной. и наоборот. Одновременно произвести все измерения невозможно?
k155la3
02.10.2016 16:02Да, совершенно верно. По той причине, что измерение вертикальной поляризации поляризует фотон вертикально или уничтожит его.
calx
01.10.2016 12:01Ну погодите. Разве запутывание не производится по какому-то конкретному параметру? Например по поляризации.
k155la3
01.10.2016 13:31Ну, «запутывание» — это формирование системы с единой ВФ. Тут уж какую систему мы построим, но в целом ответ — «нет», не по конкретному.
Но это даже и неважно в конкретном вопросе, потому что поляризация в реальном мире — довольно сложная штука, допускающая множество базисов. То есть, это «цвет» в аналогии с ботинками. Конкретную пару цветов (способ проверки поляризации) это не определяет.
FransuaMaryDelone
01.10.2016 00:01-5Идея такова, что мы можем взять антенну и начать очень эффективно собирать энергию из фоновых радиоволн.
Бродит история, что один дядя так за решетку сел в семидесятых годах прошлого века — дособирался энергии недалеко от телевышки, ибо попутно телезрителей любимых передач лишал.FransuaMaryDelone
01.10.2016 08:52
perfect_genius
01.10.2016 08:44Я буду неоригинальным, но должен сказать. Весь этот сложнопонятный текст можно было бы легко объяснить за несколько секунд всего одной гифкой. Может такая есть где-то в Интернете.
RedFX
01.10.2016 09:38Спасибо за статью
Поясните, можно ли изменить состояние запутанного фотона и отразится ли это изменение на состоянии второго фотона? Или здесь уместно провести сравнение с котом Шрёдингера?
anonson
01.10.2016 09:39-2Квантовый случай отличается тем, что состояние, которое пришло ко мне до измерения, не синее и не зеленое — оно в суперпозиции синего и зеленого.
Это как-то проверено или просто считают, раз померить, не разрушив состояние, трудно, значит там точно неопределенность? По моему неопределенность лишь в умах романтиков-ученых, а в природе всё определено.grokinn
01.10.2016 12:39Конечно проверено с помощь неравенств Белла.
anonson
01.10.2016 21:11Можете рассказать вкратце, как именно проверили? Я плохо знаком с темой, но чувствую здесь не чистое. Вы бы своим опытом помогли мне подтвердить или развеять сомнения.
grokinn
01.10.2016 21:22Вкратце меряют разные параметры двух спутанных частиц, все возможные комбинации этих параметров известны, если они заранее определены то известно сколько раз они совпадут у двух частиц и сколько раз будут различны, получается положим 6 к 4 совпадений или различий, а на практике всегда получается 5 на 5, т.е. параметры не были заранее определены. Тут в один комментарий подробно не влезет, могу ссылкой поделиться: http://sly2m.livejournal.com/592929.html
BkmzSpb
01.10.2016 09:39Один мой знакомый как раз занимается квантовой криптографией. Если я правильно понял его объяснение, то существует вариант, когда вам нужно передать некоторое зашифрованное сообщение из А в Б. В А стоит специальный генератор, рождающий пару заутанных фотонов. Один передается напрямую по открытому каналу, второй подвергается специальному воздействию и передается по надежному каналу (что-то типа сообщение отдельно и ключ к нему отдельно). Идея заключается в том, что если оба фотона достигнут получателя без проблем, получатель сможет расшифровать сообщение, если же кто-то по пути следования фотонов попытался их перехватить, изменив их состояния, то получатель сможет это увидеть. Более того, по отдельности эти фотоны не несут никакой информации, необходим перехват обоих одновременно.
Насколько я знаю, реализации таких методов в основном лабораторно-тестовые, но преимущество метода в том, что если нарушен алгоритм передачи, сообщение прочиать нельзя. Фактически, физический уровень шифровки.
mirsev
01.10.2016 09:391. Вопрос, сразу скажу, что не последний… Термин «запутанность» имеет какую-нибудь связь с уже давно известными «связанными состояниями» в квантовой механике?
2. Криптография. Кайф от квантового шифрования, при этом, насколько я понимаю, заключается в том, что Вы, отправив связанные (или запутанные?) фотоны, знаете их состояние путём измерения своих принятых фотонов. Предположим, Вы, зная последовательность состояний отправленных фотонов, которые для несведущего человека выглядят случайными, отправляете своему корреспонденту последовательность бит, которые превратят последовательность принятым им фотонов в нужное сообщение или ключ для дальнейшего шифрования. Считается, что если по пути фотоны перехватят, то дальше такую же последовательность передать не смогут. А это правда так? А если у меня есть генератор фотонов в 10-100 раз более мощный, и я могу модулировать их так, как мне захочется, то почему из этих 10-100 фотонов я не смогу найти тех, которые ну очень похожи на тех, которые я уже поймал и демодулировал?grokinn
01.10.2016 12:36Потому что перехватив фотоны вы не знаете как их измерял отправитель, скажем поляризацию можно измерять вертикально и диагонально. Получатель тоже не знает как их измерял отправитель, он измеряет их случайным образом и сообщает отправителю как он их измерил (но не сам результат измерения, а только способ), а отправитель передает получателю информацию о том правильно тот мерил или нет. Те фотоны, которые были измерены правильно (они теперь известны и отправителю и получателю, как и результат их измерения) становятся частью кода. После этого стороны обмениватся частями кода и сравнивают их, если эти части совпадают, то перехвата небыло.
mirsev
01.10.2016 17:50-1Поляризация фотонов связана с их спином. Он может быть либо +1, либо -1, что соответствует право- или левовращающей поляризации. То есть, для детектирования нужно не поляризаторы использовать, а призму, разделяющую свет на потоки с правой и левой поляризацией и там уже ставить фотодетекторы. Соответственно, связанные (или, всё-таки, запутанные?) фотоны рождаются с нулевым суммарным спином. Значит, если мы у себя на точке передачи информации поймали левый, то должны заключить, что в линию отправили правый. Если его перехватит MITM, то он легко это определит, прочитает, и подберёт фотон с такой же поляризацией для подставы. Почему нет?
grokinn
01.10.2016 18:25+1Спин фотона зависит от оси на которой его измеряют, по одной оси спин может быть измерен как +1, по другой как -1, поляризацию также меряют под различными углами, MITM не знает под каким углом измерена поляризация отправителем, он может определить поляризацию под углом 45 градусов и отправить фотон с такой же поляризацией, но отправитель и получатель померили этот фотон под углом 90 градусов и у них получатся из-за MITM разные значения, потому что он не мерил поляризацию под углом 90 градусов и поляризация под этим углом у его фотона окажется случайной, так они обнаружат вмешательство.
mirsev
01.10.2016 19:20-1Ёлки зелёные!!! Да ось эта — направление движения фотона. Если я смотрю на торец волокна, я же заранее знаю, в каком направлении фотон вылетит, относительно его и буду смотреть. Относительно этого направления и определяется поляризация: правым или левым винтом завёрнута. Давайте не будем про вертикальную или горизонтальную поляризации. Это — суперпозиции множества фотонов, а не одного. Если мы говорим строго про фотоны, то это только циркулярная поляризация и ничего больше.
k155la3
01.10.2016 19:31У Вас совершенно неверное представление о поляризации и возможных состояниях фотона. Это Вас и сбивает с толку.
Да, единичный фотон может быть горизонтально поляризован — это вполне нормально для фотона (более того, исторически сложилось, что первые однофотонные эксперименты ставились именно с этим типом поляризации).mirsev
01.10.2016 19:46Ладно, расскажите тогда, как поляризация фотона заложена в его квантовых параметрах. А то я и вправду сбит с толку, хотя уже больше сорока лет в оптике работаю…
Кстати, первые однофотонные — это что? Не фотоэффект, случаем? Столетов, Эйнштейн, не? Там, кажись, поляризация вовсе не определялась.k155la3
01.10.2016 19:54+2Вы сорок лет работаете в оптике, но не представляете себе ситуации, когда проекция спина фотона на волновой вектор не ± единица? :) Серьёзно?
Нет, я, конечно, имел в виду всякие эксперименты с около-ЭПР: отложенный выбор и т.д. Неравенства Белла написаны тоже для плоской поляризации.mirsev
01.10.2016 20:34Серьёзно… Дело не в том, что фотон — квантовый объект и его характеристики могут зависеть от того, в каком базисе мы будем их представлять. Но Вы представьте себе реальную ситуацию: волоконный канал связи, половина фотонов на каждые 10 км теряются, наведённое двулучепреломление из-за скручивания, поворотов при укладке кабеля, и всё это меняется из-за изменения температуры… Какой базис для определения поляризации нужно выбрать?
k155la3
01.10.2016 20:59Но это же в каком-то смысле ужасно… Возьмите учебник по квантовой оптике. Их в сети даже свободных есть.
Ну я вполне представляю себе реальную ситуацию.
Да, сколько-то фотонов будет потеряно, а корреляция какого-то числа пар будет нарушена. Вопрос в числах. И поскольку на практике показано, что устраивающие всех параметры более чем достижимы, внимания этому — столько же, сколько проблемам помех и потерь в классическом канале связи.
Не меньше, но и ничуть не больше.
Shkaff
02.10.2016 10:15+1Если мы говорим строго про фотоны, то это только циркулярная поляризация и ничего больше.
хотя уже больше сорока лет в оптике работаю…
И тут я перестал удивляться, что наука у нас в застое…
grokinn
01.10.2016 19:52+1Это не так, у отдельного фотона можно померить и линейную (ортогональную или диагональную) и циркулярную (круговую) поляризации. Это связано с тем, что фотон является квантовым объектом в состоянии суперпозиции, а линейная поляризация это всего лишь один из вариантов сложения правой и левой циркулярной поляризации, тут много формул http://alexandr4784.narod.ru/l04/l4_gl01_08.pdf тут немного про квантовую криптографию http://book.itep.ru/6/q_crypt.htm
ThunderCat
01.10.2016 11:36Квантовая запутанность
Неплохо описан результат «срабатывания» запутанности фотонов, однако тут ожидаешь больше увидеть КАК они между собой «запутываются», где чудо аппарат который берет 2 фотона, запутывает и возвращает пару, связанную узамибраказапутанности?
rPman
01.10.2016 19:17как доказыватеся что состояние обоих фотонов не записывается заранее в момент запутывания? потому как термин телепортация подразумевает что записи заранее не сделано… но если это было предположение (типа 'допустим') то оно не может быть использовано в качестве доказательства.
почему в квантовой физике так настаивают на существовании неопределенности? какими способами проводится доказательство что внутри фотона (или другого элемента из квантового мира) нет соответствующих скрытых состояний, которые и влияют на будущие измерения?
SpaceEngineer
01.10.2016 20:24Идея этой технологии заключается в том, что одиночный фотон невозможно клонировать.
Как это невозможно? А лазер разве не это делает — размножает первый фотон до 100500 копий?NIN
03.10.2016 12:06Вы правы, фотон можно размножить в инвертированной среде, однако эта среда также усиливает и все остальные резонансные фотоны, которые всегда присутсвуют из-за спонтанного излучения (причем поляризация у них случайная). В результате никакой дополнительной информации о исходном состоянии получить не удастся.
Pravo
02.10.2016 10:28Кажется понял. Квантовая криптография не защищает полноценно от MITM атак. Для ее реализации в любом случае нужен надежный канал, по которому происходит изначальный обмен ключиками.
Квантовая криптография защищает от «отложенной компрометации». Наример был у нас DES. Считался надежным. Подросли мощностя до возможности перебора 48 бит — стал ненадежным. Сделали 3DES, попользовались, мощностя подросли, теперь тоже считается ненадежным. И все бы ничего, но имея старые дампы каналов, использовавшихся для передачи DES, теперь можно их дешифровать перебором ключа и статистическим анализатором например и извлечь старые сообщения, секретность которых все еще актуальна.
Так вот квантовая криптография дает защиту только от клонирования (создания дампа) шифрованного канала. Защиту от отложенной расшифровки, которая неизбежно станет возможна со временем. Временем, которое даже можно оценить поделив размер ключа на закон Мура.
P. S. Также нельзя исключать последующую компрометацию сессионного ключа. Например один из абонентов через несколько дней вольно или невольно сольет ключ (плохие дяди зальют ноутбук жидким азотом и сделают дамп планок памяти) и обладая дополнительно дампом канала связи получат возможность восстановить все сообщения. Квантовая криптография защищает и от такого.Shkaff
02.10.2016 11:27+1На самом деле, вполне себе защищает. Дело в том, что обмен классической информацией — о базисах — бесполезен без результатов измерений. Сам же квантовый канал не защищен полноценно, но есть возможность узнать об атаке. Условно, если вы хотите передать какой-то ключ, вы можете оценить, какое количество данных ключа можно безопасно передать MITM. 10%, например. И дальше алгоритм позволяет узнать количество потерянных данных, и вы принимаете решение — использовать такой ключ или нет. В принципе, алгоритмы на основе негауссовских состояний позволяют снизить возможность атаки фактически до 0 — то есть, если кто-то вас атаковал, вы узнаете об этом сразу, с первого же бита.
Расшифровка же невозможна — поскольку для криптографии не передается информация, а ключ, который используется для шифрования сообщений уже, передаваемых по открытым каналам, а шифрование происходит по принципу одноразового блокнота, где один бит информации — один случайный бит из ключа.black_semargl
02.10.2016 11:50Информацию, зашифрованную одноразовым ключом, достаточно часто можно расшифровать перебором всех ключей — потому как только при совпадении ключа на выходе будет осмысленный текст.
2^48 вариантов перебрать уже реально, 2^1024 пока нет… но именно что пока
qbertych
02.10.2016 13:13Как вы его подбирать собрались? У вас есть перехваченное сообщение длиной 29 символов. С одним ключом оно расшифровывается как "А роза упала на лапу Азора...", с другим — "Скажи-ка, дядя, ведь недаром". И какой вариант правильный?
black_semargl
02.10.2016 16:55так может быть только если ключ длиннее сообщения.
Но если так — может вместо ключа по защищённому каналу сразу сообщение передать?
А если ключ короче — то при неправильном в конце сообщения будет мусор.Shkaff
02.10.2016 17:24Ключ всегда длиннее или той же длины, в том и суть. А не передают сообщение, потому что ключ сгенерировал, и хранишь до востребования, когда нужно передать сообщение.
Pravo
02.10.2016 11:52Обмен информацией о базисах может быть подвержен MITM равно как и при других способах связи. Если можем обеспечить надежный неквантовый канал для этого (квантового у нас пока нет) — квантовая криптография работает. Не можем — злодей получает базис, грузит его в два абонентских терминала квантовой связи, приматывает камеру одного скотчем к экрану второго — и становится полноценным MITM на том, что для конечных пользователей выглядит как канал защищенный квантовой криптографией.
Нюанс не в надежности канала для обмена базисом — такая надежность необходима by design, а в возможности создания дампа линии связи, который позволит сделать «отложенную расшифровку» — когда мощности подрастут или базис утечет.k155la3
02.10.2016 16:19Видите ли, ЛЮБОЙ защищённый канал связи (вообще ЛЮБОЙ) принципиально требует каким-то образом отличать адресата от всех остальных и заранее договариваться о связи. Хотя бы на старте.
Нужен какой-то способ отличить Вас (которому доверено получить секретную инфу) от меня (которому не доверено). Как я вижу — это неустранимо в силу самой логики и смысла «защищённой связи».
vconst
Можно не вешать в качестве КПДВ — 5 меговые гифки?
sonyapanina
мы пока еще не волшебники и только учимся, но в следующий раз большие гифки постараемся использовать в исключительных случаях)
igruh
Простите, а мы — это кто? Вы намекаете на авторство, текст подписал Юрий Курочкин, пост от имени пользователя kssamoylenko. Если авторов несколько, то почему они в явном виде не перечислены?
kssamoylenko
Мы — это редакция ПостНауки :) Запостили облегченную версию гифки.