Президент Австрийской академии наук, профессор Венского университета Антон Цайлингер – знаковая фигура в квантовой физике: пионер квантовой телепортации, один из основоположников квантовой информатики, автор нескольких сотен работ, многие из которых определили развитие этой области науки. О современном состоянии квантовой криптографии и новых разработках учёный рассказал в ходе визита в Физический институт им. П.Н. Лебедева (ФИАН).

    – Профессор, что можно ожидать от квантовых исследований в ближайшем будущем?

   – Я думаю, в ближайшие пару лет мы сможем наблюдать квантовые явления в достаточно больших объектах – даже видимых в микроскоп. Принципиальных ограничений по размеру здесь нет, но как любой прогресс, развитие в этом направлении требует времени, а также участия заинтересованных молодых умов. Сегодня полным ходом идёт исследование квантовых явлений в макромолекулах и в наномасштабах – нанопроволоках и т.д. – с постепенным увеличением объектов.

    Кроме того, сейчас появляются новые идеи по поводу использования макроскопических квантовых явлений для изучения гравитации, это тоже перспективная тема.

    Очень интересен и метод квантового изображения без регистрации фотонов. У вас есть камера, работающая на некой длине волны, и эта длина может не подходить для объекта, который вы хотите изобразить. А мы предлагаем «перескочить» на другую длину волны, позволяющую создать аналог квантового запутывания. Сейчас мы обсуждаем возможное развитие этого метода с биологами: есть идея передать квантовое изображение живой клетки. Вопрос о дальнейшем применении пока открыт, но в любом случае это очень интересная задача на стыке наук.

    Конечно, активно развивается и квантовая криптография: увеличиваются расстояния передачи информации, в этой областью занято всё больше частных компаний. Можно сказать, на наших глазах происходит переход от фундаментальной науки к практической применению и даже первым коммерческим прототипам. Это направление будет только набирать обороты.

    –   Расскажите, пожалуйста, что такое квантовая криптография и на чём она основывается.

   – Это способ защиты передачи данных, в основе которого лежат принципы квантовой механики и, прежде всего – квантовая запутанность^[1].

    Суть здесь в том, что мы передаём фотоны, поляризованные в одном из четырёх направлений. Участники сообщения разрабатывают своего рода код, уславливаясь, чему (0 или 1) соответствует каждая поляризация. Дальше отправитель посылает фотоны, случайным образом поляризованные в одном из направлений, а адресат сообщает, в каких поляризациях измерил эти лучи, но при этом не раскрывает результат. Получается, раз каждый фотон может соответствовать как 0, так и 1, для потенциального перехватчика эта открытая информация бесполезна. После того как отправитель сообщает, совпадают ли поляризации для каждого фотона, участники сообщения записывают последовательность. Этот двоичный код и будет секретным ключом для расшифровки данных – так что их можно передавать «в открытую». Собственно, так и гарантируется безопасность передачи информации.

    – В каком состоянии, на Ваш взгляд, находится квантовая криптография сегодня?

   – В этой области на сегодняшний день основные принципы понятны, перед нами уже не стоят какие-либо значимые фундаментальные вопросы (хотя новые идеи постоянно появляются и обсуждаются). Что сейчас критически важно – так это проработка технологической стороны: модернизация источников, детекторов и т.д. Квантовая криптография – большой технологический вызов. Она требует даже не миллионов, а миллиардов долларов, потому что используемые сегодня технологии связи, компьютерные технологии уже находятся на очень высоком уровне развития и им сложно составить конкуренцию.

    – В таком случае, каковы перспективы квантовой криптографии?

   – Знаете, я общался с банковскими служащими, которые отвечают за безопасность и технологическое обеспечение банков. Так вот они считают, что квантовая криптография надёжнее и эффективнее, но признают, что современные методы, хотя и не обеспечивают полную безопасность, вполне подходят по соотношению «цена – качество». Однако требования безопасности постоянно растут – вместе с умениями злоумышленников. Вспомнить хотя бы недавние атаки на европейские банки. И в таком контексте квантовая криптография может «заиграть» по-новому и, надеюсь, получить распространение. Так что сегодня развитие этой области лежит в основном не столько в научной плоскости, сколько в экономической и производственной.

Беседовала О. Овчинникова, АНИ «ФИАН-Информ»

______________________________

^[1]   Квантовая запутанность (спутанность, реже – сцепление) (англ. entanglement) – квантовомеханическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего количества объектов взаимозависимы (даже если объекты разнесены в пространстве). К тексту