Autor: Adam Lukowski (adamus_at_pb.bialystok.pl)
Data: Wed 28 Apr 2004 - 22:24:11 MET DST
Z "Rzeczpospolitej":
Splatane - zaszyfrowane
Fotonowy kod
PIOTR KOSCIELNIAK Wiedenski ratusz i bank Creditanstalt Austria dzieli zaledwie 500 metrow. Ale to wlasnie miedzy tymi dwiema instytucjami dokonano najlepiej zabezpieczonego przelewu pieniedzy na swiecie.
Z konta na konto powedrowalo 3 tys. euro. Niewiele, jak na "najlepiej
zabezpieczony" przelew. Kwota jest tu jednak mniej wazna niz sposob zaszyfrowania informacji o operacji bankowej. Po raz pierwszy na swiecie wykorzystano bowiem do zabezpieczenia przelewu zjawisko tzw. splatania fotonow. Dzieki temu efektowi, cala operacja byla stuprocentowo bezpieczna.
Odleglosc nie ma znaczenia
System szyfrujacy i zabezpieczajacy informacje o operacji bankowej opracowal Anton Zeilinger z Uniwersytetu Wiedenskiego oraz firma ARC Seibersdorf Research. Wykorzystali oni niezwykly fakt istnienia splatanych par fotonow, ktore stanowily rodzaj klucza dla szyfrowania
przesylanej informacji.
A coz to takiego owo splatanie? To tajemnicza wiez, laczaca ze soba dwa obiekty, mimo ze dzielaca je odleglosc moze byc ogromna. Zgodnie z teoria Alberta Einsteina, nic w przyrodzie nie moze poruszac sie z predkoscia wieksza niz predkosc swiatla. Nie moze sie tez szybciej poruszac informacja. Tymczasem pary splatanych obiektow jakby porozumiewaja sie ze soba na odleglosc, nic sobie przy tym nie robiac
z nalozonego ograniczenia predkosci. Na razie, eksperymentalnie, wykazano, ze owo splatanie istnieje m.in. dla kwantow swiatla (fotonow), a nawet dla calych atomow i ich zbiorow.
W duzym uproszczeniu, w przypadku par splatanych fotonow, zmiana stanu (spinu) jednego z nich powoduje jednoczesna zmiane stanu drugiego. Dzieje sie to natychmiast, przy czym odleglosc miedzy nimi nie ma najmniejszego znaczenia. Nie bez powodu Einstein, ktory zreszta nie bardzo potrafil wyjasnic istote splatania, nazwal to zjawisko "upiornym dzialaniem na odleglosc".
Fotonowy kluczyk
Rowniez teraz fizycy nie za dobrze radza sobie z wyjasnieniem, skad sie zjawisko splatania bierze. Poniewaz jego istnienie zostalo wielokrotnie potwierdzone eksperymentalnie, naukowcom nie pozostalo nic innego, jak znalezienie sposobu, aby "upiorne dzialanie na odleglosc" zaprzac do pracy.
Na pierwszy ogien poszla kryptografia. Dla uproszczenia zalozmy, ze fotony niosa ze soba informacje o kluczu potrzebnym do odszyfrowania informacji. Kazda proba odczytania jej z jednego fotonu natychmiast ujawni sie na drugim fotonie od pary. Odbiorca wiadomosci natychmiast
bedzie wiedzial o probie wlamania, chocby miala ona miejsce na drugim
koncu Drogi Mlecznej.
Wlasnie to zjawisko wykorzystano w Wiedniu. Fotony produkowal laser, byly one dzielone na pary przez specjalny krysztal, a nastepnie jeden
wysylano swiatlowodem z banku do ratusza. Drugi pozostawal jako zabezpieczenie. Analizujac stan (spin) fotonow (przyjmijmy, ze bylo to 1 albo 0), obie strony dysponowaly kluczem do zaszyfrowania transakcji. Gdyby ktos po drodze chcial przechwycic klucz, jedna ze stron natychmiast by sie o tym dowiedziala. Sam klucz jest zas calkowicie losowy - zatem nie do podrobienia. Cala operacja jest zabezpieczona, pod warunkiem, ze kazdorazowo uzywa sie nowego fotonowego klucza. Jedyne, co moga zrobic wlamywacze, to probowac zaklocic transmisje fotonow.
Obecnie w celu zaszyfrowania informacji stosuje sie skomplikowane matematyczne algorytmy. Ich istota jest zalozenie, ze do odszyfrowania informacji konieczne jest przeprowadzenie bardzo wielu operacji matematycznych. To zas wymaga uzycia poteznego superkomputera, pracujacego bez przerwy przez cale lata. Szyfr taki jest zatem teoretycznie do zlamania, jednak pokonanie zabezpieczenia jest trudne praktycznie. Do chwili, kiedy ktos nie opracuje szybszej metody rozwiazywania matematycznego problemu uzywanego do szyfrowania
lub nie zbuduje jeszcze szybszego komputera. - Kiedy mowimy o duzych sumach pieniedzy, ludzie zaczynaja sie naprawde interesowac - powiedzial Zeilinger magazynowi "New Scientist". Wady tej pozbawione jest zabezpieczanie przesylanych informacji splatanymi fotonami. Zabezpieczenie jest, mozna powiedziec - fizycznie - nie do pokonania.
Ograniczenia w stosowaniu tego pomyslu sa obecnie praktycznie jedynie
techniczne. W Wiedniu, nadawce i odbiorce dzielilo 500 metrow, fotony
musialy jednak pokonac swiatlowod o dlugosci ok. 1,5 km. Zdaniem Zeilingera mozna skutecznie odczytywac stan fotonow po pokonaniu przez nie odleglosci ok. 20 km. To jednak tylko kwestia czulosci detektorow. Japonska Toshiba poinformowala zas, ze udalo jej sie opracowac detektor skutecznie dzialajacy ze swiatlowodami nawet z odleglosci 100 km.
W planach teleportacja
Na kryptografii zastosowania efektu splatania sie jednak nie koncza. Naukowcy chca stworzyc rodzaj "komputera", ktory wykorzystywalby zjawisko splatania obiektow do prowadzenia obliczen. Taki komputer kwantowy mialby wykonywac wiele operacji jednoczesnie, co czyniloby go superszybkim. Pierwsze proby splatania elektronow, ktore mialyby byc wykorzystywane jako bity informacji (a wlasciwie qubity - bity kwantowe), zostaly juz przeprowadzone. Fizycy zgodnie jednak przyznaja, ze do skonstruowanie kwantowego komputera jeszcze nam daleko.
Najdalej ida jednak naukowcy, ktorzy w efekcie splatania widza mozliwosc dla... teleportacji. Powie ktos - jest duza roznica miedzy sprawdzaniem stanu fotonow czy elektronow, a przenoszeniem sporych obiektow na odleglosc. Nie jest ona jednak taka duza, jakby sie na pierwszy rzut oka moglo wydawac. Dowiodl tego eksperyment przeprowadzony w 2001 roku przez dunskich naukowcow z Uniwersytetu Aarhus. Splatali oni nie pojedyncze fotony, ale dwie chmury atomow cezu, liczace miliardy czasteczek kazda. Naukowcy nie wiazali ze soba
cech pojedynczych atomow, lecz splatali wypadkowa stanu atomow w jednej chmurze z druga. Splatanie trwalo ulamek sekundy, jednak dowiodlo, ze takie powiazanie dwoch zlozonych obiektow jest mozliwe. Sam Anton Zweilinger rowniez pracuje nad eksperymentem prowadzacym do
teleportacji stanow materii. Jest przekonany, ze w niedlugiej przyszlosci uda sie splatac bardziej zlozone czasteczki - np. sfery zlozone z 60 atomow wegla. -
To archiwum zostało wygenerowane przez hypermail 2.1.7 : Wed 28 Apr 2004 - 23:12:10 MET DST