Российские физики ускорили исправление ошибок при квантовой передаче ключей

Российские физики ускорили исправление ошибок при квантовой передаче ключей

Российские физики разработали новый способ устранения ошибок, возникающих при передачи информации по квантовым каналам связи. Этот способ требует на 30 процентов меньше циклов проверок, чем при стандартном «слепом» методе, и раскрывает меньше подробностей о передаваемых ключах. Статья опубликована в Physical Review Applied.

Задача квантовой криптографии обычно заключается в передаче ключа шифрования — последовательности битов, с помощью которой можно надежно зашифровать сообщения, передаваемые по обычным каналам связи. Особенность квантовых каналов заключается в том, что при попытке перехватить информацию злоумышленник должен произвести измерения над квантовым объектом, что неизбежно приводит к нарушению квантового состояния системы. Из-за этого принятая последовательность битов будет отличаться от отправленной, и это отличие легко выявить с помощью проверки по классическим каналам. Тем не менее, при такой проверке участникам приходится обмениваться некоторой информацией об исходном ключе, что замедляет процесс передачи и делает его менее надежным.

С другой стороны, в реальности при передаче информации по квантовым каналам ошибки могут возникать самопроизвольно, даже при отсутствии попыток злоумышленника перехватить сигнал. Поэтому стадию сверки ключей пропустить нельзя. Более того, иногда для исправления ошибок необходимо несколько циклов проверок. Например, при использовании популярного итеративного метода «Каскад», основанного на сравнении четности переданных и принятых сообщений, число циклов связи по классическому каналу может достигать тридцати. Для ускорения передачи ключа и снижения возможностей его компрометации разрабатываются другие методы.

Один из таких методов предложили в своей работе ученые из РКЦ. Этот метод основывается на методе «слепой» сверки и заключается в следующем. Для начала каждая из сторон модифицирует имеющийся у нее ключ, дополняя его последовательностями битов, в совпадении которых они точно уверены, и последовательностями случайно сгенерированных символов. Затем они вычисляют специальную характеристику (синдром) расширенного ключа и одновременно пересылают ее по классическому каналу другой стороне. Сравнивая синдромы ключей, можно определить, были ли допущены ошибки при пересылке по квантовому каналу, а в некоторых случаях их даже удается исправить. Если однозначной уверенности в совпадении ключей нет, каждая из сторон пересылает немного информации об имеющемся у нее коде и повторяет ту же последовательность действий.

Таким образом ученым удалось снизить число проверок по сравнению со стандартным «слепым» методом, при котором стороны обмениваются информацией строго последовательно. При новом методе число циклов связи по классическому каналу в среднем оказалось на 30 процентов меньше, чем у старого. Кроме того, при росте помех в канале число циклов выходит на постоянную величину и практически не зависит от частоты ошибок в битах.

В прошлом году физики из РКЦ запустили первую в России линию квантовой связи в городских условиях, по которой отделения «Газпромбанка» обменялись ключами шифрования. Ученые уже проверили возможности нового метода на этой линии и убедились в его работоспособности.

Более подробно о том, как работает квантовая криптография, вы можете прочитать в нашем интервью с учеными из РКЦ. Кстати, один из ученых, у которого мы брали интервью, является соавтором новой статьи.

Дмитрий Трунин

N+1

Похожие новости:
Российские физики восстановили запутанность «распутавшегося» квантового света
Российские ученые разработали метод восстановления квантовой запутанности и проверили его экспериментально. Работа физиков расширяет возможности квантовой связи и квантовой криптографии. Результаты своих исследований они опубликовали в журнале Nature Photonics, а кратко о них сообщается в пресс-релизе Российского квантового центра, ..
2015-10-13 1020 0 Научные открытия
0
Команда физиков полностью изменила квантовое измерение
Команда физиков из Инсбрукского университета (англ. University of Innsbruck), Австрия, провели эксперимент, который на первый взгляд противоречит основам квантовой теории. Команда во главе с Рейнером Блатт полностью изменила квантовое измерение в прототипе квантового процессора, сообщает labscience.ru. ..
2013-02-25 1501 0 Научные открытия
0
Физики объяснили роль гравитации в проявлении квантовых свойств
Физики из Австрии объяснили роль гравитации в подавлении проявления квантовых свойств микромира. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Physics. Исследование микромира — взаимодействий элементарных частиц — проводится, как правило, на низких энергиях в пренебрежении эффектами гравитации. Однако ..
2015-06-16 6378 0 Научные открытия
0
Физики осуществили квантовую телепортацию на 25 километров
Физики телепортировали квантовое состояние фотона на расстояние 25 километров. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Photonics, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте AlphaGalileo. В своем эксперименте ученые разнесли два запутанных фотона на расстояние в 25 километров по оптическому ..
2014-09-23 1724 0 Научные открытия
1
Физики наблюдали странное движение электрона
Ученые из Японии и Австрии исследовали энергетические уровни Ландау свободного электрона при его движении в магнитном поле. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте RIKEN. Энергетические уровни Ландау возникают при движении ..
2014-08-09 1678 0 Научные открытия
0
Физики создали источник равных одиночных фотонов
Физики из Швейцарии, Франции и Германии создали источник света, который испускает одиночные фотоны равной длины волны. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Phys.org. Созданный учеными источник ..
2015-09-08 3188 0 Научные открытия
1
Физики создали новую теорию времени
Физики предположили, что минимально возможный в физической Вселенной масштаб времени на несколько порядков больше планковского времени. Более того, существование такого масштаба меняет фундаментальные уравнения квантовой механики, а вместе с этим — и представления о природе времени. Авторы настаивают ..
2016-02-04 2535 0 Научные открытия
1
Найден способ проверить теорию петлевой квантовой гравитации
Петлевая квантовая гравитация может решить одну из самых крупных проблем физики: примирить между собой общую теорию относительности и квантовую механику. Но подобно другим умозрительным теориям квантовой гравитации, петлевая квантовая гравитация еще не была проверена экспериментально. ..
2012-01-16 2715 0 Научные открытия
0
Физики усложнили самый красивый эксперимент
Исследователи продемонстрировали волновую природу самых крупных на данный момент молекул в эксперименте по квантовой интерференции на дифракционной решетке. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology. Эксперимент с квантовой интерференцией некоторые исследователи называли "самым красивым" в истории физики. В новой ..
2012-03-26 1200 0 Научные открытия
0
Ученые получили изображения кота Шредингера
Физики из Вены и Нью-Йорка впервые продемонстрировали снимки камеры, когда последняя не видела оригинал изображения. Визуализация, сделанная аппаратом при помощи трафарета и лазеров, имеет форму кошек и символически напоминает о квантовом эффекте кота Шредингера. Результаты своих исследований ..
2014-08-28 1612 0 Научные открытия
0
Физики вывели квантовую механику из полевой теории струн
Американские физики-теоретики продемонстрировали возможность получения квантовомеханических соотношений из специального случая струнной теории поля (полевой теории струн). Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physics Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета Южной ..
2014-11-05 1478 0 Научные открытия
0
Геометрия помогла определить степень квантовой запутанности
Физики из Ноттингемского университета в Великобритании предложили простой геометрический способ определения степени запутанности двух, трех или четырех кубитов — квантовых аналогов классических битов. Исследование авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко о нем сообщается на сайте Phys.org.Ученые ..
2016-02-23 1221 0 Научные открытия
1
Китай осуществит квантовую телепортацию на 1200 километров
Китайские ученые летом 2016 года проведут первый в мире эксперимент по осуществлению квантовой телепортации на расстояние более 1200 километров. Об этом сообщает Nature News.Для эксперимента ученые планируют запустить в июне 2016 года спутник. Таким образом, ..
2016-01-14 1790 0 Научные открытия
1
Физики разрешили парадокс Хокинга о потере информации в черных дырах
Физики из США в своей работе показали, что черная дыра не теряет информацию вследствие испарения объекта из-за эффекта Хокинга-Грибова. Результаты своих исследований ученые опубликовали в журнале препринтов ArXiv, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте fromquarkstoquasars.com. Американские физики учли ..
2015-04-08 3714 0 Научные открытия
1
Ученые установили новый рекорд в квантовой телепортации
Ученым удалось добиться новых успехов в области квантовой телепортации. Исследователи смогли преуспеть в передаче через оптоволоконный кабель квантового состояния частиц света (фотонов) на расстояние 25 км. Эксперимент был основан на квантово-запутанных частицах — так называют квантовые объекты, которые ..
2014-12-11 1754 0 Научные открытия
0