Проблема защиты сообщений от перехвата - одна из острейших в современной телекоммуникационной отрасли. Обычные средства шифрования оказываются неэффективными. Разрабатываются все более изощренные техники шифрования, но вскорости появляются известия об их уязвимости.

Абсолютно безопасные методы удаленной коммуникации может обеспечить только применение устройств, работа которых основана на принципах квантовой физики. Так, передача фотонов, находящихся в спутанном квантовом состоянии (entangled quantum state), например, по оптоволоконным линиям, делает перехват сообщения невозможным. Однако предлагаемые в настоящее время решения имеют существенным недостатком ограниченность дальности надежной коммуникации всего несколькими десятками километров. Это связано с тем, что из-за поглощения внутри оптоволокна происходит декогеренция, и спутанное квантовое состояние фотонов теряется, делая сообщение уязвимым для перехвата.

Похоже, разработка международной исследовательской группы (L.-M. Duan, Университет науки и технологии, Китай; M. D. Lukin, Физический факультет Гарвардского университета; J. I. Cirac и P. Zoller, Институт теоретической физики университета Инсбрука, Австрия), о которой на прошлой неделе сообщил журнал Nature (Vol. 414, 22.11.01, P. 413-418), уже через несколько лет поможет решить эту проблему. Устройство представляет собой значительно улучшенный квантовый повторитель, предложенный несколько лет назад. Основная идея состоит в том, чтобы создать что-то вроде временных депозитариев состояний отдельного фотона, которые бы и компенсировали неизбежные потери когерентности. Каждый повторитель, по существу, генерирует новые фотоны, но в том же самом квантовом состоянии, и этот процесс может повторяться многократно на каждом новом участке линии, обеспечивая надежную связь на больших расстояниях.

Ранее ученые показали, что для этой цели можно использовать отдельные атомы, но такие устройства оказались не достаточно надежными для практического применения. В новой разработке для временного хранения квантового состояния каждого фотона предполагается использовать атомный ансамбль, что, как заявляют исследователи, значительно повышает надежность всей системы, т.е. повышает отношение сигнал/шум. Управление такими атомными ансамблями, а также делителями пучков и детекторами единичных фотонов осуществляется с помощью лазера.

Главное преимущество нового устройства в том, что оно может быть построено с помощью или уже существующих технологий, или тех, которые в настоящее время находятся в стадии тестирования, а значит, не потребуется никаких дополнительных инвестиций.

Эксперт по квантовым коммуникациям Национальной лаборатории Лос-Аламоса Ричард Хьюз высоко оценил новое достижение ученых, отметив при этом, что на пути практической реализации квантовых повторителей придется преодолеть еще массу разных технических трудностей.

Сергей САНЬКО