С надежностью света

Физики из Австралийского национального университета (Australian National University), Австралия, научились гарантировать абсолютную конфиденциальность, передавая информацию с помощью световых волн, сообщает Science News. Их работа, опубликованная в журнале Nature за 24 июня, может стать прорывом в деле передачи информации, зашифрованной методами квантовой криптографии, на сколь угодно большие расстояния.

Суть проблемы заключается в том, что любая современная система шифрования, используемая при передачи конфиденциальных данных и делающая возможным, например, совершение покупок через Интернет, легко ломается при помощи квантовых компьютеров достаточной производительности. Их создание, очевидно, не за горами. Однако квантовая криптография обеспечивает абсолютно надежное сохранение данных. Только передавать их пока удается лишь на очень небольшое расстояние.

С физической точки зрения, свет – это идеальный носитель для информации, так как он может доставлять ее быстро и на большие расстояния. Проблема только в том, чтобы доставленную информацию считать. До сих пор физики пытались использовать для этого облака атомов: проходя через него, свет переводил атомы в соответствующие квантовые состояния, которые можно было считывать с помощью лазерного луча примерно так же, как она считывается с лазерного диска. Однако атомной пар очень неэффективен: этот способ обеспечивал доставку не более 17% посылаемой информации. Конечно, ста процентов и не надо, но хотелось бы сохранения, по крайней мере, 50% информации.

В этот раз было решено заменить облако атомов на кристалл, в котором атомы располагаются в вершинах кристаллической решетки. Эта замена позволила исследователям повысить эффективность передачи информации до 69%.

Скорость распространения света в кристалл, во-первых, ниже, чем в вакууме, а во-вторых, зависит от длины волны. При этом даже, вообще говоря, прозрачный кристалл не пропускает свет некоторых длин волн. Создавая внутри кристалла градиент электрического поля исследователи из Австралии смогли добиться, что в разных местах кристалла поглощается излучение разных участков спектра: например, на одном конце сильнее поглощается синий цвет, на другом — красный, а в промежутке между ними — всех остальных. Таким образом, из прибывающего светового луча «выдаивается» почти вся содержавшаяся в нем полезная информация.

Кристалл, на котором удалось реализовать предложенную идею, устроен очень специальным образом и состоит из атомов редкоземельного элемента празеодима, иттрия, кремния и кислорода. В настоящее время исследователи пробуют заменить празеодим другими редкоземельными элементами.

Дальше надо обеспечить сохранение полученной информации внутри кристалла на время, достаточное, чтобы ее считать и закодировать ею другой луч счета. Тогда его можно будет использовать в качестве ретранслятор (репликатора), и проблема передачи информации на большие расстояния будет решаться установкой на пути следования достаточного количества таких репликаторов.