Strona główna Aktualności
Przyroda

Fotony zagubione w szumie: fizycy pomagają kryptografom

07.02.2017 Przyroda

Zespół z UMK pracuje nad możliwościami udoskonalenia kwantowych systemów kryptograficznych: dr Mikołaj Lasota, dr Piotr Kolenderski i mgr Karolina Sędziak. Fot. Andrzej Romański, źródło: UMK

Kryptografia kwantowa - już stosowana np. w bankowości - pozwala na bezpieczne przesyłanie poufnych informacji. Na razie jednak takie informacje przesyłane są niezbyt efektywnie - fotony kodujące informacje łatwo zgubić w szumie tła. A Polacy odkryli, jak te cząstki wytwarzać, żeby potem łatwiej je było znaleźć.

Mechanika kwantowa rządzi się innymi prawami niż te, które znamy ze świata makroskopowego. A prawa te pozwalają na przesyłanie poufnych informacji. Dlatego technologia kwantowa wkroczyła już do banków w postaci układów do tworzenia klucza kryptograficznego. Takie układy połączone ze sobą światłowodem, instaluje się np. w banku i w jego filii. "Plotka głosi, że światłowód, którym przesyła się informację kwantową, łączy też Pentagon z Białym Domem" - uśmiecha się dr Piotr Kolenderski z Krajowego Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (KL FAMO) w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Badacz pracuje nad możliwościami udoskonalenia takich systemów.

 

Fizyk w rozmowie z PAP wyjaśnia, na czym polega działanie takich układów. Pomiędzy urządzeniami przesyła się pary tzw. splątanych fotonów - jedna cząstka z tej pary dociera do jednego układu, a druga do drugiego. Cząstki te powstają jednocześnie i są trochę jak bliźniaki, ale zbuntowane - kiedy więc okaże się, że jedna z nich ma pewną własność – polaryzację oznaczoną jako 1, wiadomo, że druga musi mieć polaryzację przeciwną oznaczoną jako 0. Dzięki temu, dokonując pomiaru na swoim fotonie, jedna ze stron może zyskać pewność, jaka informacja dotarła do drugiej strony. Co więcej, z reguł fizyki kwantowej wynika, że każda próba przechwycenia po drodze jednego z fotonów zmieni właściwości drugiego z nich. A wtedy łatwo wykryć, że istnieje podsłuch. Wiadomo więc już, że takiego podsłuchanego komunikatu nie można użyć np. jako poufnego klucza do zaszyfrowania wiadomości.

 

Działanie tego typu bezpiecznych połączeń jest jednak ograniczone. Im dłuższy dystans mają do pokonania pojedyncze fotony, tym łatwiej je po drodze "zgubić" w szumie tła. Dlatego urządzenia do tworzenia kwantowego klucza kryptograficznego nie mogą stać dowolnie daleko od siebie.

 

"My sprawdziliśmy, czym powinny się charakteryzować fotony, żeby jak najlepiej uniknąć zakłóceń" - mówi w rozmowie z PAP dr Piotr Kolenderski. Wyniki badań jego zespołu ukazały się w czasopiśmie "Optica" (https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-4-1-84&id=357085). Zaproponowane przez badaczy z Torunia rozwiązania sprawiają, że fotony będzie można przekazywać o 10-20 proc. dalej niż do tej pory. A jeśli nie zależy nam na oddalaniu urządzeń kryptograficznych od siebie, to ten sam sposób można będzie równie dobrze wykorzystać do tego, by przekazywać o 10-20 proc. więcej informacji niż dotąd w ustalonym odcinku czasu.

 

"Zwykle w kryptografii kwantowej używa się fotonów, które są skorelowane jedynie w polaryzacjach. Jeśli więc jeden użytkownik zarejestruje jedną polaryzację, to wie, że drugi użytkownik zarejestrował inną polaryzację. To splątanie służy nam do wymiany klucza kryptograficznego. A u nas wykorzystujemy fotony, które dodatkowo splątane są jeszcze w długościach fal. I to nam służy do tego, aby lepiej rozpoznawać te cząstki w szumie" - zaznacza fizyk.

 

Długości fal fotonów są powiązane z ich kolorami. Nie jest jednak tak, że przed pomiarem dany foton ma jakąś konkretną barwę - ma jedynie pewien prawdopodobny rozkład długości fal. "Jeśli mamy dwa splątane fotony to te rozkłady mogą być ze sobą powiązane. Jeśli długość fali jednej z tych cząstek jest mniejsza, to drugiego będzie większa" – opowiada dr Kolenderski. Można więc powiedzieć, że jeśli jeden foton z pary tych "antybliźniaków" okaże się bardziej czerwony, to wiadomo, że ten drugi musi się okazać bardziej niebieski.

 

Okazuje się, że takie "barwne" splątanie sprawia, że pary fotony są prostsze w obyciu - lepiej wiadomo, jak się będą zachowywać i kiedy dokładnie dotrą do detektora. A dzięki temu można wyciszyć mnóstwo niepotrzebnego szumu. To z kolei sprawia, że komunikacja między układami kryptograficznymi jest znacznie sprawniejsza.

 

Naukowiec uważa, że aby wprowadzić to rozwiązanie w życie, niekoniecznie trzeba budować całkiem nowe urządzenia - wystarczy trochę przebudować istniejące już układy - m.in. zmienić parametry ich pracy czy wymienić elementy optyczne.

 

Autorami opublikowanego w piśmie "Optica" artykułu są także: mgr Karolina Sędziak oraz dr Mikołaj Lasota z UMK. Badania były współfinansowane w ramach grantów FNP Homing Plus oraz MNiSW Iuventus Plus.

 

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

 

lt/ agt/

Podziel się
Ocena: 0 głosów

Logowanie



Nie pamiętam hasła

Rejestracja

Komentarze: 1
Skomentuj Zobacz wszystkie   Dyskutuj na forum

Uwaga Redakcje!

Wszelkie materiały PAP (w szczególności depesze, zdjęcia, grafiki, pliki video) zamieszczone w serwisie "Nauka w Polsce" chronione są przepisami ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych oraz ustawy z dnia 27 lipca 2001 r. o ochronie baz danych.

 

PAP S.A. zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - www.naukawpolsce.pap.pl. W przypadku portali społecznościowych prosimy o umieszczenie jedynie tytułu i leadu naszej depeszy z linkiem prowadzącym do treści artykułu na naszej stronie, podobnie jak to jest na naszym profilu facebookowym. 

 

Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów video.

 

Informacje tekstowe z kategorii "Świat" można pozyskać odpłatnie abonując Serwis Nauka i Zdrowie PAP. Serwis ten zawiera ponadto wiele innych najnowszych doniesień naukowych z zagranicy oraz materiałów dotyczących szeroko rozumianej problematyki zdrowotnej. 

 

Informacje na temat warunków umowy można uzyskać w Dziale Sprzedaży i Obsługi Klienta PAP, tel.: (+48 22) 509 22 25, e-mail:  pap@pap.pl

 

Informacje o przedruku artykułów z Serwisu Nauka w Polsce, prośby o patronaty medialne, informacje o prowadzonych badaniach, organizowanych konferencjach itd., prosimy przesyłać na adres: naukawpolsce@pap.pl

 

 

Najpopularniejsze materiały

więcej

Książka

Retro, festyny i fandomy - raporty ze światów współczesnej kultury Retro, festyny i fandomy - raporty ze światów współczesnej kultury

Przystanek Woodstock, Mazurska Noc Kabaretowa i portal Wizaż.pl - choć wydaje się, że rzeczy tych nie łączy absolutnie nic, każda jest wyrazem życia kulturalnego współczesnych Polaków. Tomasz Szlendak i Krzysztof Olechnicki zapraszają czytelników do wspólnej refleksji nad różnymi, częstokroć skrajnie odmiennymi, sposobami uczestnictwa we współczesnej kulturze.

Więcej

Myśl na dziś

Nauka nie buduje mostów nad przepaściami myśli, lecz po prostu stoi jako tablica ostrzegawcza.  Karl Kraus
Karl Kraus

Nasz blog

Koniec schabowego? Koniec schabowego?

Zmiennokształtny makaron, mięso z probówki, wydruki z ryb czy białko z domowego reaktora – takie składniki diety proponują naukowcy. Mają być przy tym zdrowe i smaczne, a nowe prawo ułatwi ich sprzedaż.

Więcej

Tagi