Jak fotony pomagają szyfrować? Konrad Banaszek Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu E-mail: kbanasz@fizyka.umk.pl
Polaryzacja światła
Fotopowielacz Fotokatoda Anoda Dynody
Polaryzacja pojedynczego fotonu Prawdopodobieństwo przejścia: odbicia:
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 A co z parą polaryzacji i ? To musiała być ! Polaryzacja diagonalna jest złożeniem („superpozycją”) polaryzacji pionowej i poziomej: To mogła być zarówno jak i
Kryptografia kwantowa C. H. Bennett, Phys. Rev. Lett. 68, 3121 (1992) Alicja Bob obraca polaryzator losowo o 00 lub 450 Bob Alicja losowo przygotowuje foton w stanie lub Kliknięcie detektora jednoznacznie identyfikuje foton!
Generacja klucza + × × + × × + + + × × 1 1 1 Alicja wysyła: ( lub ) Bob ustawia… + × × + × × + + + × × …i mierzy: do Alicji: 1 Wartość bitu 1 1 Alicja i Bob otrzymują ciąg zer i jedynek, który jest znany tylko im, i może być przez nich wykorzystany jako klucz kryptograficzny.
Szyfrowanie Wiadomość 1 Klucz W K ALICJA W K 1 Klucz Wiadomość BOB
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