Квантовая запутанность выходит на новый уровень

До недавнего времени учёные проводили исследования квантовой запутанности, используя только одно пространственное и одно временное измерение. Но, как мы знаем, квантовая физика подразумевает наличие параллельных миров и многочисленных измерений.

5 августа 2025 года научная группа из Японии и США смогла провести исследование квантовой запутанности в многомерном пространстве. Как оказалось, квантовая запутанность сохраняется во всех возможных измерениях и подчиняется универсальному закону, независимо от общего числа этих измерений.

"В перспективе такие теоретические достижения помогут создать новые подходы к моделированию многотельных квантовых систем, предложить классификацию запутанных состояний и даже приблизиться к объяснению фундаментальных вопросов квантовой гравитации".

(Ссылка на источник: https://www.securitylab.ru/news/562162.php)

Следующее научное открытие было сделано при ведущем участии русских учёных, которые задумались о том, как поддержать и сохранить квантовую связь на высоком уровне в процессе сложных манипуляций с запутанными частицами.

"До этого момента считалось, что при использовании только локальных квантовых операций и классической связи (так называемый сценарий LOCC, в котором два участника — например, Алиса и Боб — взаимодействуют по телефону или через интернет) запутанность теряется и не может быть полностью восстановлена. Ведущий автор работы Александр Стрельцов пояснил, что основной вопрос заключался в том, можно ли выйти за рамки LOCC и добиться обратимости. Ответ оказался положительным, если у Алисы и Боба есть дополнительный общий ресурс — так называемая батарея запутанности".

(Ссылка на источник: https://www.securitylab.ru/news/561045.php)

"Батарея" или "аккумулятор" запутанности", как её назвали учёные, - это не физический объект, который можно подержать в руках, а стабильная квантовая система, которая содержит, сохраняет и поддерживает квантовую связь между частицами, когда это необходимо. В отличие от обычной батарейки, "батарея запутанности" хранит не заряд, а саму квантовую запутанность. В результате основная система может быть преобразована в новое состояние, а затем возвращена в исходное совершенно без потерь. Таким образом, физики нашли способ обмануть хаос, как пишут некоторые СМИ.

Из этого следует, что за Алисой и Бобом стоит невидимая квантовая система, которая поддерживает их, особенно тогда, когда перед ними стоят задачи из разряда "миссия невыполнима". Главное, чтобы в самом "аккумуляторе запутанности", не уменьшался уровень квантовой связи.

Помимо дополнительной энергии для поддержания квантово-запутанных частиц, учёные разработали защиту квантовой связи от атак навязывания. Данное открытие - заслуга русских учёных из МГУ.

Обычно система состоит из одного передатчика (Алисы) и одного приёмника (Боба). Алиса готовит квантовые состояния света и отправляет их Бобу, который проводит над ними измерения, используя два детектора, отвечающих за состояния «0» и «1». Такой тип архитектуры называется «точка – точка».

Одним из самых уязвимых мест современных систем квантового распределения ключей (КРК), работающих по схеме "точка – точка", являются детекторы одиночных фотонов (ДОФ).

Перехватив сигнал Алисы, нарушитель Ева (имя придумали программисты от англ. evil - зло) может отправлять Бобу свои оптические импульсы с заданной энергией. При атаке навязывания злоумышленник "ослепляет" детектор, посылая мощные световые импульсы. В этом случае детектор перестаёт улавливать мельчайшие частицы и воспринимает только сигналы, посылаемые Евой — и тогда генерируется уже не случайная последовательность, а ключ, который заранее известен нарушителю. То есть Ева навязывает свою последовательность бит — такой приём и называется атакой навязывания.

До сих пор данная атака оставалась одной их самых опасных, а предложенные контрмеры не всегда гарантировали надёжную и универсальную защиту.

К счастью, учёные нашли выход. Вот что об этом рассказывает автор работы, аспирант кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ Иван Сущев:

"В данной работе я предлагаю "сблизить" используемые вектора состояний на плоскости настолько, насколько это возможно. Это приведёт к тому, что в значительной доле случаев вероятность правильного измерения состояний будет близка к единице, даже если базисы Алисы и Боба различны. Это приведёт к сложностям при попытке нарушителя навязать своё состояние".

Взаимодействие между Алисой и Бобом не может оставаться прежним. Мир усложняется, и для них пришла пора переходить на новый более конфиденциальный уровень общения. Здесь слишком много посторонних глаз. В связи с этим, в распоряжении Алисы и Боба появится бесконечное множество квантовых состояний.

Источники:

https://science.mail.ru/news/6290-universalnye-zakony-kvantovoj-zaputannosti/

https://msu.ru/news/novosti-nauki/fiziki-mgu-predlozhili-novyy-protokol-kvantovogo-shifrovaniya.html

https://scientificrussia.ru/articles/v-mgu-predstavili-novyj-protokol-kvantovogo-sifrovania

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/kl56-p2vb

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/fsg7-bs7q

Источник: journals.aps.org

Комментарии: