Команда инженеров из Университета Торонто выявила новые многомерные побочные каналы в существующих квантовых коммуникационных протоколах. Эти уязвимости связаны с квантовыми источниками — устройствами, генерирующими частицы, такие как фотоны (частицы света), для безопасной передачи сообщений. Открытие может повлиять на дальнейшее развитие квантовой безопасности. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Квантовая связь считается более защищенной, чем классическая, благодаря использованию особых сопряженных состояний. Например, измерение одной величины, такой как положение, неизбежно изменяет другую, например импульс. Этот принцип гарантирует, что любая попытка прослушивания вызовет нарушения, которые можно обнаружить. Однако реальное оборудование может иметь недостатки, которые открывают лазейки для перехвата данных.
Ранее ученые уже обнаружили побочные каналы, возникающие из-за работы квантовых детекторов. В 2012 году профессор Хой-Квон Ло и его коллеги предложили протокол measurement-device-independent quantum key distribution (MDI-QKD), который устранял уязвимости, связанные с детекторами. Теперь исследователи обратили внимание на другой конец передачи данных — квантовые источники.
Оказалось, что в источниках могут возникать скрытые нарушения так называемого измерительного допущения размерности. Оно предполагает, что закодированная информация остается независимой от других параметров системы. Однако в реальных условиях квантовые источники могут вносить корреляции между последовательными сигналами, что позволяет потенциальному злоумышленнику извлекать информацию.
В новом исследовании аспирантка Амита Гнанапандитан обнаружила, что процесс модуляции сигналов не только искажается, но и изменяется во времени в пределах одного оптического импульса. Этот эффект, названный скрытой многомерной модуляцией, может создавать дополнительный путь утечки данных.
Серьезность проблемы зависит от характеристик оборудования. Высокая пропускная способность позволяет более точно управлять модуляцией, тогда как устройства с ограниченной полосой пропускания могут усиливать искажения. Впрочем, некоторые новые источники, такие как пассивные квантовые генераторы ключей, не используют модуляторы и не подвержены таким проблемам.
Профессор Ло отметил, что команда продолжит изучать возможные способы устранения этих уязвимостей. Он подчеркнул, что в квантовых технологиях устранение одной проблемы может привести к появлению новых, но первый шаг — это всегда выявление потенциальных угроз.
Ранее ученые создали модель, предсказывающую развитие жизни на Земле.