Мы все в курсе ситуации. В конце концов квантовые компьютеры разнесут наши системы шифрования, как кувалда разбивает стекло. Поэтому исследователи годами создавали новые «щиты» — коды, которые остаются безопасными даже面对 квантовым злоумышленнику. Они проявили изобретательность, используя саму квантовую механику для защиты коммуникаций. Считается, что такой подход непробиваем.
Но физика движется вперед. Ньютон не стал финальной точкой развития науки. Возможно, так же не является таковой и квантовая механика. Что произойдет с нашей безопасностью, если на смену придет более глубокий закон природы?
«Нужно быть параноиком», — говорит Равишанкар Ранаантан, изучающий квантовую информацию в Гонконге. «Сводите предположения к минимуму. Представьте, что квантовая механика — не окончательная истина».
Это не просто паранойя. Столкновение гравитации и квантовых явлений suggests, что мы упускаем из виду нечто масштабное и странное. Чтобы подготовиться к неизвестному, некоторые криптографы заглядывают глубже. Ниже квантовой механики. До уровня причинности.
Вандальство по проекту
Представьте распределение квантовых ключей. Вы передаете ключ с помощью квантовых частиц. Любой, кто попытается подглядывать, нарушает запутанность. Это нарушение выдает взломщика. Система работает благодаря «моногамии» запутанности: две частицы остаются синхронизированными, а третья сторона не может присоединиться к этой связи, не разрушив ее.
Но что если это правило исчезнет?
Встречайте квантовое помехообразование (quantum jamming).
Представьте, что кто-то вмешивается в связь настолько тонко, что беспорядок не бросается в глаза. Частицы смещаются, корреляции меняются, но сторонние наблюдатели не замечают ничего подозрительного. Запутанность сохраняется. Она просто… искривляется иначе. Без следов.
Ученые любят этот мысленный эксперимент. Он проверяет связь причины и следствия. Возможно, такое «помехообразование» невозможно, так как существует фундаментальный запрет. А возможно, оно происходит прямо сейчас где-то во Вселенной.
Джим-волшебник
Лучше всего эту ситуацию описывает Михал Экштейн из Польши.
Алиса. Боб. И волшебник по имени Джим.
Джим держит два шарика. Один белый, другой черный.
Он кладет их в коробки и отправляет Алисе и Бобу в противоположных направлениях со скоростью света. Шарики связаны: они противоположны по цвету. Если Алиса видит белый, Боб обязан увидеть черный. Классическая квантовая хрень.
Алиса открывает свою коробку. Белый.
Боб открывает свою. Белый.
Они возвращаются домой, сравнивают записи. Один и тот же цвет.
Джим сыграл фокус. Он изменил связь с «противоположность» на «совпадение», пока они находились в разлуке. Но во время пути каждый из них видел случайный результат. Шанс 50 на 50. Ничто не выглядело подозрительно в момент открытия.
Вот что такое помехообразование.
В середине 90-х три физика задумались, насколько странным может стать природа, не нарушая при этом относительности. Вы не можете посылать сигналы быстрее света. Если бы могли, причинность бы умерла. Поэтому Якоб Грунхаус, Санду Попеску и Даниэль Рорлих опирались только на это одно правило. Они представили «помехообразователя», который может корректировать корреляции между удаленными частицами, не посылая сигналов.
Они написали статью, а затем забыли о ней.
Попеску говорит: «Мы написали её, и всё».
Время истекло
Прошло двадцать лет. Квантовые вычисления перешли из разряда лабораторных курьезов в реальные лабораторные условия.
К 2016 году протоколы, опирающиеся на моногамию запутанности, стали зрелыми. Они казались безопасными. Криптография, не зависящая от устройств, основывалась на том факте, что мошенничество разрушает сигнал.
Затем Ранаантан и Павел Гордек нашли старую статью.
Земля дрогнула под ногами.
Если помехообразование возможно, моногамия не работает.
Вся криптография, не зависящая от устройств, опирается на свойство, которое исчезает в тот момент, когда вы допускаете наличие таких «помеховых» корреляций.
Мы предполагали, что Вселенная не позволит нам обмануть систему. Мы строили стены на этом песке. Теперь мы задаемся вопросом: а существовала ли эта стена вообще?
