Квантовые деньги

Ква́нтовые де́ньги — разрабатываемые банкноты нового поколения, у которых в качестве основной системы защиты от подделки применяется квантовая криптография.

Эскиз квантовой банкноты Стивена Визнера

Идея квантовых денег принадлежит аспиранту Колумбийского университета Стивену Визнеру^[en], выдвинута им в конце 1960-х годов. Стивен Визнер в 1970 году подал статью по теории кодирования в журнал IEEE Information Theory^[en], но она не была опубликована, так как изложенные в ней предположения редакция посчитала антинаучными. Уровень технологий тех лет не позволял рассуждать о таком принципе криптографии. Только в 1983 году работа Визнера «Сопряжённое кодирование» была опубликована в SIGACT News^[en] и получила высокую оценку в научных кругах^[1]^[2].

Квантовые деньги смоделированы только в лабораторных условиях. Их изготовление не осуществляется^[3].

Идея ВизнераПравить

Визнер предлагал вмонтировать в каждую банкноту 20 «световых ловушек» и поместить в каждую из них по одному фотону, поляризованному в строго определённом состоянии. Каждая банкнота маркировалась бы специальным серийным номером, который заключал информацию о положении поляризационного фотонного фильтра. При использовании некорректного фильтра комбинация поляризованных фотонов стиралась. Последовательность поляризационных фильтров хранится в банке, что позволяет обеспечить максимальную защиту банкнот от подделки^[4]. Концепция Визнера длительное время оставалась не востребована, так как не были созданы надёжные ловушки фотонов.

От теории к практикеПравить

Теорема о запрете клонирования делает невозможным создание идеальной копии произвольного неизвестного квантового состояния, что не позволяет производить незаконное тиражирование банкнот. Вероятность удачного копирования не превышает $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $(5/6)^{N}$ , (где $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $N$ — число фотонов на банкноте). Но так как подлинность банкноты может установить только банк-эмитент, который обладает информацией о поляризации фотонов, то использование этой технологии на практике являлось невозможным.

В 2009 году сотрудники Массачусетского технологического института опубликовали доклад, в котором отразили вариант решения этой проблемы. Авторы статьи предложили использовать «квантовые деньги с открытым ключом». Идея заключается в том, что банк составляет секретное описание квантового состояния для конкретной банкноты и алгоритм установления подлинности этого состояния. Владение информацией о копии состояния и алгоритме проверки позволяет установить подлинность банкноты, но не позволяет раскрыть секрет кодирования, что и обеспечивает безопасность.

В этой схеме, однако, банк сохраняет возможность бесконтрольно «печатать» копии банкнот. Авторы работы нашли способ ограничить банкам эту возможность. В предложенной ими схеме для создания денег используется квантовое состояние, которое банк не сможет (за разумное время) воспроизвести заново. Устанавливать подлинность таких денег можно, по мнению учёных, с помощью алгоритма, основанного на модели Маркова^[5]^[6].

НедостаткиПравить

Носители квантовой информации, в частности отдельные квантовые ядра, отличаются особой чувствительностью. Под воздействием помех и неверного обращения код может со временем незначительно меняться.

Осенью 2012 года учёные из Института Макса Планка по квантовой оптике в Гархинге (Германия), Гарвардского университета в Кембридже (штат Массачусетс) и Калифорнийского технологического института в Пасадине опубликовали свои исследования в журнале PNAS^[7]. Учёные считают необходимым снизить требования к подтверждению подлинности денег и принимать банкноты, знаки которых соответствуют оригинальному коду не менее чем на 90 %. Для устранения этой погрешности физики в данном исследовании предлагают использовать новый класс проверки протоколов, который терпим к ошибкам, связанным с кодировкой, хранением и декодированием квантовых битов.

В первом варианте протокола квантовая информация должна передаваться для подтверждения заверяющей инстанции лично владельцем денег. Во втором проверяющая инстанция отправляет запрос держателю средств, самостоятельно замеряющему информацию, сохранённую в кубитах. В обоих случаях банк выдаёт «квантовое свидетельство» и пересылает его владельцу^[8].

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

↑ Квантовая криптография: принципы, протоколы, системы (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано из оригинала 30 ноября 2016 года.
↑ S. Wiesner, Sigact News, 15, 78 (1983)
↑ Квантовая физика защитит деньги от подделки Архивная копия от 20 марта 2015 на Wayback Machine
↑ Quantum money (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано 5 февраля 2012 года.
↑ Предложена новая концепция квантовых денег (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано из оригинала 19 июля 2014 года.
↑ Breaking and making quantum money: toward a new quantum cryptographic protocol (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано 26 ноября 2017 года.
↑ Quantum mechanics could make money, credit cards, and tickets immune to fraud (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано 27 октября 2012 года.
↑ Физики разработают квантовые деньги, которые невозможно подделать (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано 27 ноября 2012 года.

[1] Квантовая криптография: принципы, протоколы, системы (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано из оригинала 30 ноября 2016 года.

[2] S. Wiesner, Sigact News, 15, 78 (1983)

[3] Квантовая физика защитит деньги от подделки Архивная копия от 20 марта 2015 на Wayback Machine

[4] Quantum money (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано 5 февраля 2012 года.

[5] Предложена новая концепция квантовых денег (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано из оригинала 19 июля 2014 года.

[6] Breaking and making quantum money: toward a new quantum cryptographic protocol (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано 26 ноября 2017 года.

[7] Quantum mechanics could make money, credit cards, and tickets immune to fraud (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано 27 октября 2012 года.

[8] Физики разработают квантовые деньги, которые невозможно подделать (неопр.). Дата обращения: 26 ноября 2012. Архивировано 27 ноября 2012 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]