Застосування двомодових когерентно-корельованих променів в квантовій криптографії - Автореферат

Вона ставить за мету розробку методів (або протоколів) для побудови захищених каналів передачі даних, в яких закони квантової фізики суттєво обмежують можливість перехоплення інформації. Потреба в захищених квантових каналах зумовлена недостатньою надійністю класичної асиметричної криптографії з застосуванням відкритого ключа, яка основана на математичній складності процедури кодування, а отже може бути миттєво зруйнована внаслідок несподіваного прориву в математичних методах, або неминучого розвитку обчислювальної техніки, зокрема, появи квантових компютерів. Повністю захищеною є класична симетрична криптографія з використанням закритого (секретного) ключа за умови, що застосовується повністю випадковий одноразовий ключ такої ж довжини, як і повідомлення, що кодується, але основною проблемою для криптографії такого типу є необхідність передавати новий секретний ключ обом сторонам захищеного інформаційного обміну для кожного чергового повідомлення. Таким чином, виникає необхідність в каналах звязку, які були б достатньо надійно захищені від підслуховування для того, щоб учасники передачі інформації могли, в результаті, мати спільний гарантовано секретний ключ, який потім вони застосовуватимуть для кодування будь-якого інформаційного обміну через існуючі загальнодоступні канали (зокрема, Інтернет). Отже, квантова криптографія займається саме розробкою методів для такого секретного обміну ключами (Quantum Key Distribution - QKD), не розробляючи, при цьому, алгоритмів шифрування, а лише забезпечуючи симетричну криптографію ключем, захищеність якого гарантується безпосередньо законами квантової фізики.Таким чином, або просіяні ключі є ідентичними, а отже підслуховування не було і ключ є гарантовано секретним та може використовуватись для криптографічного кодування інформації, або, в залежності від того, наскільки некорельованими є просіяні ключі (що характеризується параметром QBER - quantum bit error rate), учасники передачі ключа можуть або застосувати до них криптографічні процедури корекції помилок та підсилення захищеності, або відкинути ці ключі та повторити процедуру передачі. Якщо така перевірка не виявляє ознак порушення стану, то другий набір бітів, які були отримані в співпадаючих базисах, можна вважати повністю антикорельованими, а отже такими, які можна перетворити на криптографічний ключ, захищеність якого, таким чином, базується на перевірці нерівності Белла. Але, водночас, поява зайвих фотонів в імпульсі може бути використана підслуховувачем, який може виміряти їхній стан, не вносячи помилок, а отже лишаючись непоміченим, тобто середня кількість фотонів в імпульсі має бути набагато меншою за одиницю для мінімізації імовірності появи додаткових фотонів. Двомодові когерентно-корельовані стани означаються, як повністю корельовані, та, водночас, власні стани добутку операторів знищення обох мод, та можуть бути подані як розклад за фоківськими станами двох мод: (1) У четвертому розділі - “Квантова криптографія на основі TMCC-станів”-описано та досліджено протокол квантової криптографії на базі двомодових когерентно-корельованих станів.Взаємна когерентність другого порядку та суб-Пуасонівська статистика відповідних променів дозволяють ідентифікувати такі стани експериментально. Показано, що TMCC-станам властива сильна кореляція між спостережуваними, повязаними з кожною з мод, що дозволяє використовувати TMCC-промені для розповсюдження секретного ключа двом взаємовіддаленим спостерігачам, тобто будувати схему квантової генерації та передачі секретного криптографічного ключа на базі TMCC-променів.

2. Основний зміст роботи

1. В даній роботі запропонований квантово-криптографічний протокол на основі когерентно-корельованих двомодових станів випромінення (TMCC-станів). Взаємна когерентність другого порядку та суб-Пуасонівська статистика відповідних променів дозволяють ідентифікувати такі стани експериментально.

2. Показано, що TMCC-станам властива сильна кореляція між спостережуваними, повязаними з кожною з мод, що дозволяє використовувати TMCC-промені для розповсюдження секретного ключа двом взаємовіддаленим спостерігачам, тобто будувати схему квантової генерації та передачі секретного криптографічного ключа на базі TMCC-променів.

3. Запропонований квантово-криптографічний протокол є стійким до реалістичних спроб підслуховування і впливу шуму в каналі.

4. Показано, що розширення алфавіту кодування інформації призводить до збільшення ефективності і захищеності TMCC-протоколу.

5. На відміну від існуючих однофотонних реалізацій квантової криптографії, які містять велику частку порожніх імпульсів та проявляють суперечності між захищеністю каналу та його ефективністю, TMCC-промінь може бути достатньо інтенсивним, що дозволяє суттєво збільшити ефективність квантової криптографії за рахунок інформативності кожного імпульсу без шкоди криптографічній стійкості ключа.

1. Usenko V. C. , Usenko C. V., Quantum Cryptography with Correlated Twin Laser Beams // J. Rus. Laser Research.- 2004.- 25.- p. 361 / ARXIV.org:quant-ph/0403112.

2. Usenko V. C., Usenko C. V., Secure quantum channels with correlated twin laser beams // Optics and Spectroscopy.- 2005.- Vol. 99, No. 2.- p. 185 / ARXIV.org:quant-ph/0404131

3. Usenko V. C. , Usenko C. V., Proceedings of the International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing (Glasgow, UK, 2004), Am. Inst. of Phys. CP734.- 2004.- p. 319 / ARXIV.org:quant-ph/0407175

4. Usenko V. C., Usenko C. V., Lev B. I., Coherently-correlated beams and their use in quantum communications // Ukrainian Journal of Physics.- 2005.- T.50, N10.- p. 1204.

5. Usenko V. C., Lev B. I., Large alphabet quantum key distribution with two-mode coherently correlated beams // Phys. Lett. A.- 2005.- Vol 348/1-2 pp 17-23 / ARXIV.org:quant-ph/0507219