Ми всі знаємо про ситуацію. Зрештою, квантові комп’ютери рознесуть наші системи шифрування, як кувалда розбиває скло. Тому дослідники роками створювали нові «щити» — коди, які залишаються безпечними навіть квантовим зловмисникові. Вони виявили винахідливість, використовуючи саму квантову механіку для захисту комунікацій. Вважається, що такий підхід непробивний.
Але фізика рухається вперед. Ньютон не став фінальною точкою розвитку науки. Можливо, так само не є і квантова механіка. Що станеться з нашою безпекою, якщо на зміну прийде глибший закон природи?
“Потрібно бути параноїком”, – говорить Равішанкар Ранаантан, який вивчає квантову інформацію в Гонконгу. «Зводьте припущення до мінімуму. Уявіть, що квантова механіка — це не остаточна істина».
Це не просто параноя. Зіткнення гравітації і квантових явищ suggests, що ми не беремо до уваги щось масштабне і дивне. Щоб підготуватися до невідомого, деякі криптографи заглядають глибше. Нижче за квантову механіку. До рівня причинності.
Вандальство за проектом
Подайте розподіл квантових ключів. Ви передаєте ключ за допомогою квантових частинок. Будь-хто, хто спробує підглядати, порушує заплутаність. Це порушення видає хакера. Система працює завдяки «моногамії» заплутаності: дві частинки залишаються синхронізованими, а третя сторона не може приєднатися до цього зв’язку, не зруйнувавши її.
Але що, якщо це правило зникне?
Зустрічайте квантове завадоутворення (quantum jamming).
Уявіть, що хтось втручається у зв’язок настільки тонко, що безлад не впадає у вічі. Частки зміщуються, кореляції змінюються, але сторонні спостерігачі не помічають нічого підозрілого. Заплутаність зберігається. Вона просто… викривляється інакше. Без слідів.
Вчені люблять цей уявний експеримент. Він перевіряє зв’язок причин і наслідків. Можливо, таке «перешкодотворення» неможливе, оскільки існує фундаментальна заборона. А можливо, воно відбувається прямо зараз десь у Всесвіті.
Джим-чарівник
Найкраще цю ситуацію описує Міхал Екштейн із Польщі.
Аліса. Боб. І чарівник на ім’я Джим.
Джим тримає дві кульки. Один білий, другий — чорний.
Він кладе їх у коробки і відправляє Алісі та Бобу у протилежних напрямках зі швидкістю світла. Кульки пов’язані: вони протилежні за кольором. Якщо Аліса бачить білий, Боб повинен побачити чорний. Класична квантова хрень.
Аліса відкриває свою коробку. Білий.
Боб відчиняє свою. Білий.
Вони вертаються додому, порівнюють записи. Один і той самий колір.
Джим зіграв фокус. Він змінив зв’язок з «протилежністю» на «збіг», поки вони перебували в розлуці. Але під час шляху кожен із них бачив випадковий результат. Шанс 50 на 50. Ніщо не виглядало підозрілим у момент відкриття.
Ось що таке перешкод.
У середині 90-х три фізики замислилися, наскільки дивним може стати природа, не порушуючи при цьому відносності. Ви не можете посилати сигнали швидше за світло. Якби могли, причинність померла б. Тому Якоб Ґрунхаус, Санду Попеску та Даніель Рорліх спиралися лише на це одне правило. Вони представили «перешкодоутворювача», який може коригувати кореляції між віддаленими частинками, не надсилаючи сигналів.
Вони написали статтю, а потім забули про неї.
Попеску каже: “Ми написали її, і все”.
Час минув
Минуло двадцять років. Квантові обчислення перейшли із розряду лабораторних курйозів у реальні лабораторні умови.
До 2016 року протоколи, що спираються на моногамію заплутаності, стали зрілими. Вони здавалися безпечними. Криптографія, яка залежить від пристроїв, ґрунтувалася на тому факті, що шахрайство руйнує сигнал.
Потім Ранаантан та Павло Гордек знайшли стару статтю.
Земля здригнулася під ногами.
Якщо перешкоди можливі, моногамія не працює.
Вся криптографія, яка залежить від пристроїв, спирається на властивість, яка зникає в той момент, коли ви допускаєте наявність таких «перешкодових» кореляцій.
Ми припускали, що Всесвіт не дозволить нам обдурити систему. Ми будували стіни на цьому піску. Тепер ми запитуємо себе: а чи існувала ця стіна взагалі?
