Квантовые деньги

В последнее время в шумихе по поводу квантовых компьютеров (точек, телепортов), на мой взгляд, теряется одна маленькая, но крайне важная деталь, а именно качественно новый механизм. Мир ожидает от квантовых компьютеров неслыханного быстродействия (чтоб взломать RSA), но это то же самое быстродействие, только быстрее; от квантовых точек — высокого разрешения (чтоб смотреть анимэ), те же пиксели/люминофор, только еще меньше; телепотация — то же самое отоволокно/OWC только быстрее (конечно же, я упрощаю).
Но еще в 1969 году (до Феймана, Рида, Минина, Бениоффа, Дойча, Екимова) один чудак предложил идею, которая может лечь в основу будущей инфраструктуры обмена информацией.

В своей статье «Conjugate coding», которую он написал в 1969, а опубликовали ее только в 1983, Стивен Виснер предложил идею как защитить деньги от подделки.

Что самое привлекательное в идее квантовой проверки подлинности, что она строится не на сложности (технической, вычислительной, инженерной, математической и т.д.), а на физической невозможности. На Хабре был замечательный обзор «Техника для проверки подлинности денег», где, помимо оптических, электрических, механических и тд способов защиты, вскользь упоминались квантовые деньги. (со слабыми измерениями пока мало что ясно, поэтому они не угроза квантовым деньгам)




«Я не получил никакой поддержки от своего научного руководителя — он вообще не проявил к ней никакого интереса, я показал ее еще нескольким людям — у них делались странные лица, и они возвращались к своим занятиям.»
Стивен Виснер, автор идеи квантовых денег

На картинке: Квантовая банкнота, предложенная Стивеном Виcнером в 1969 году. Содержит пирамиду с глазом, серийный номер и 20 ловушек для фотонов, чье содержимое является загадкой. В каждой ловушке находится 1 фотон с неизвестной поляризацией.

На данный момент идея квантовых денег нереализуема, тк пока еще не построили ловушки для отдельных фотонов. Но специалисты по безопасности уже во всю предлагают протоколы и атаки на них.

Теорема о запрете на клонирование

Теорема о запрете клонирования -утверждение квантовой теории о невозможности создания идеальной копии произвольного неизвестного квантового состояния. Теорема была сформулирована Вуттерсом, Зуреком и Диэксом в 1982 году и имела огромное значение в области квантовых вычислений, квантовой теории информации и смежных областях.

Поляризация фотонов

Саймон Сингх объясняет поляризацию фотонов <<на спичках>>

Квантовая защита от подделки

В базе данных банка содержится пары «серийный номер — поляризации фотонов». Если купюру проверяет банк, то он знает какой поляризации каждый фотон, и может проверить ее с одной попытки. В случае 100% соответствия — купюра подлинная. И банк заполняет «потраченные фотоны» заново.
Злоумышленник, если он захочет сделать дубликат банкноты, либо будет заполнять фотоны наугад, что потом выяснится, либо ему придется считать состояние фотонов. Но так как на каждый фотон ему «дается 1 попытка», а потом фотон «теряется», то злоумышленник не владеет полной информацией об этом фотоне, и если он будет «подделывать фотон», он допустит ошибку с определенной вероятностью и банк потом может это определить. Количеством ловушек для фотонов достигается нужная нам вероятность ошибки для злоумышленника. (Вероятность удачного копирования не превышает (5/6)ⁿ, где n — число фотонов на банкноте)

Наглядный алгоритм защиты от подделки для 100 фотонов

Атаки и модификации алгоритма

У предложенного Виснером алгоритма оказалось много недостатков, например помехи (что вынудило отказаться от 100% соответствия и согласиться на 90% соответствии), или чрезмерная власть, которую получает банк-эмитент.
Но группа авторов из MIT предлагает свое решение.
А в этом году вышла стать о еще об одном способе атаки An adaptive attack on Wiesner's quantum money based on interaction-free measurement

Кубиты

Задача создания квантовой памяти остается нерешенной, но ученые и инженеры потихоньку мастерят прототипы

Кубит в лаборатории выглядит примерно так


или так

Про Стивена Виснера

Родился в 1942 годы, получил степень в Брандейском университете.
Сын директора MIT, советника нескольких президентов по науке Джерома Виснера, ярого сторонника автоматических космических программ (осуждал программы Аполлон, Меркурий и Джемини)

В своей статье «Conjugate Coding», Стивен предложил примитив «multiplexing» — что послужило прообразом для протокола забывчивой передачи.
Виснер соавтор Квантового сверхплотного кодирования.
Работы Стивена послужили отправной точкой для многих исследователей, в их числе и отцы квантовой криптографии — Charles H. Bennett и Gilles Brassard.
Сейчас Виснер работает с командой в Израиле.

«Оглядываясь назад, я думаю, смог ли бы сделать больше этого. Люди осудили меня за то, что я не приложил никаких дополнительных усилий для опубликования своей идеи; и я полагаю, что они в какой-то мере правы, но я был молодым аспирантом, и ко мне не было особого доверия. Во всяком случае, квантовые деньги никого не интересовали».
Стивен Виснер

П.С.

П.П.С.

Кошелек Шредингера: не знаешь, есть ли там деньги или нет пока не откроешь.
Купюра Гейзинберга: можно узнать одно из двух — либо номинал, либо подлинность купюры.

---

«Книга шифров. Тайная история шифров и их расшифровки», Саймон Сингх

Статья про Виснера в англоязычной Википедии en.wikipedia.org/wiki/Stephen_Wiesner
Статья «Quantum money» в англоязычной Википедии en.wikipedia.org/wiki/Quantum_money
Статья «Квантовые деньги» в русскоязычной Википедии ru.wikipedia.org/wiki/Квантовые_деньги
Профиль Стивена Виснера в LinkedIn www.linkedin.com/pub/steve-wiesner/2a/937/456
Статья в Компьютерре «Предложена новая концепция квантовых денег»

Статья Виснера «Communication via one- and two-particle operators on Einstein-Podolsky-Rosen states», 1992
Статья Виснера «Conjugate Coding» ,1983

Статья «Breaking and making quantum money: toward a new quantum cryptographic protocol»

Пост написан специально для корпоративного блога Web-payment.ru

Источник: habrahabr.ru/company/web_payment_ru/blog/229699/