Jak fotony pomagają szyfrować?

Konrad Banaszek

Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu E-mail: kbanasz@fizyka.umk.pl

Jak fotony pomagają szyfrować?

Jak fotony pomagają

szyfrować?

Polaryzacja światła

Polaryzacja światła

Fotopowielacz Fotopowielacz

Fotokatoda

Dynody

Anoda

Polaryzacja pojedynczego fotonu Polaryzacja pojedynczego fotonu

Prawdopodobieństwo

• przejścia:

Rozróżnialność I Rozróżnialność I

Przypuśćmy, że chcemy dowiedzieć się, czy foton został przygotowany w polaryzacji czy też .

Polaryzacje ortogonalne możemy łatwo odróżnić za pomocą polaryzatora.

Rozróżnialność II Rozróżnialność II

A co z parą polaryzacji i ?

Polaryzacja diagonalna jest złożeniem („superpozycją”)

polaryzacji pionowej i poziomej:

To musiała być !

To mogła być zarówno

jak i

Kryptografia kwantowa Kryptografia kwantowa

C. H. Bennett, Phys. Rev. Lett. 68, 3121 (1992)

Alicja Bob

Alicja losowo przygotowuje foton w stanie lub

Bob obraca polaryzator losowo o 0⁰ lub 45⁰

Kliknięcie detektora jednoznacznie

identyfikuje foton!

Generacja klucza Generacja klucza

Alicja wysyła:

( lub )

    

Bob ustawia…

+ × × + × × + + + × ×

…i mierzy:

do Alicji:

Wartość bitu

1 0 1 0 1

Szyfrowanie Szyfrowanie

Wiadomość

0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1

Klucz

1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1

W



1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0

W



1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0

Klucz

1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1

Wiadomość

0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1

A LI C JA B O B

Podsłuch?

Podsłuch?

• Z zasady, pomiar kwantowy wprowadza zaburzenie

• Kwantowy zakaz klonowania: nie można przygotować dwóch identycznych replik nieznanego stanu kwantowego

• Podsłuchujący nie zna z wyprzedzeniem ustawień Boba;

jeśli będzie używać własnych ustawień i generować foton dla Boba zgodnie z otrzymanym wynikiem pomiaru,

wprowadzi to niezgodności w kluczach Alicji i Boba

• W ogólności, Alicja i Bob mogą wykryć każdą próbę

podsłuchu poprzez porównanie fragmentów klucza