Konrad BanaszekInstytut Fizyki

Uniwersytet Mikołaja Kopernikaw Toruniu

E-mail: kbanasz@fizyka.umk.pl

Jak fotony pomagają szyfrować?

Jak fotony pomagają szyfrować?

Polaryzacja światłaPolaryzacja światła

FotopowielaczFotopowielacz

Fotokatoda

Dynody

Anoda

Polaryzacja pojedynczego fotonuPolaryzacja pojedynczego fotonu

Prawdopodobieństwo

• przejścia:

• odbicia:

Rozróżnialność IRozróżnialność I

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

Polaryzacje ortogonalne możemy łatwo odróżnić za pomocą polaryzatora.

Rozróżnialność IIRozróżnialność II

A co z parą polaryzacji i ?

Polaryzacja diagonalna jest złożeniem („superpozycją”) polaryzacji pionowej i poziomej:

To musiała być !

To mogła być zarównojak i

Kryptografia kwantowaKryptografia 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 kluczaGeneracja klucza

Alicja wysyła:( lub )

Bob ustawia…

+ + + + +× × × × × ×

Alicja i Bob otrzymują ciąg zer i jedynek, który jest znany tylko im,i może być przez nich wykorzystany jako klucz kryptograficzny.

…i mierzy:

do Alicji:

Wartość bitu

1 0 1 0 1

SzyfrowanieSzyfrowanie

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 K 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0

W K 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

ALIC

JAB

OB

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