Дэниел Лам из Рочестерского университета и его коллеги сумели создать работающую квантовую машину “Энигма”, существовавшую до сих пор только в теории. Этот прототип способен посылать идеально зашифрованное сообщение с помощью ключа, более короткого, чем сам текст сообщения.
В середине прошлого века американский математик Клод Шеннон создал одну из первых машин, способных думать, а также сделал вклад в теорию криптографии, написав статью «Теория связи в секретных системах», в которой доказал возможность посылать идеально зашифрованное сообщение, в том случае, если ключ шифрования полностью случаен и используется только один раз. Единственное ограничение — сам шифр должен быть как минимум равен по размеру тексту сообщения.
В последнее десятилетие ученые доказали возможность передачи зашифрованной информации по правилам квантовой физики. В частности, они показали, что в квантовом мире ключ может быть значительно короче сообщения. По крайней мере, теоретически.
Такой прибор ученые окрестили «квантовой Энигмой», в честь шифровальной машины Второй мировой войны, находившейся на службе у немцев, которую взламывал Алан Тьюринг. Но до сих пор это устройство не существовало в реальности. Пока профессор Лам не создал рабочий прототип.
Шифр Шеннона работает так: одноразовый блокнот добавляет случайное число к каждому знаку в сообщении. Это делает сообщение неотличимым от случайного набора символов. Прочесть его можно только убрав те же знаки.
Криптография не устоит перед мощью квантовых компьютеров
Технологии
Квантовая версия этого процесса кодирует информацию в квантовый объект, такой как фотон, а потом меняет его состояние с помощью случайной операции. Информацию можно получить только обратив эту операцию. Так что пока передатчик и приемник знают частоту случайных операций — квантовый ключ — и этот ключ используется только однажды, сообщение защищено абсолютно надежно.
Лам и его коллеги построили фотонное ружье, стреляющее единственным фотоном через своего рода маску, пространственный световой модулятор, накладывающий информацию на фотонную волну. И добавляет случайный сигнал для шифрования. Приемник засекает каждый фотон и отделяет исходное сообщение от лишнего сигнала.
«Этот феномен был проверен во время эксперимента, когда мы записали по 6 бит на фотон и использовали при этом секретный ключ размером менее 6 бит на фотон», — сказал профессор Лам. Другими словами, они построили первую «квантовую Энигму».
По его словам, эту технологию можно незамедлительно применять для создания систем шифрования и находить им коммерческое применение, пишет MIT Technology Review.