Квантовая механика

Технология квантовой  криптографии опирается на принципиальную неопределённость поведения квантовой  системы — невозможно одновременно получить координаты и импульс частицы, невозможно измерить один параметр фотона, не исказив другой. Это фундаментальное  свойство природы в физике известно как принцип неопределённости Гейзенберга, сформулированный в 1927 г.

Используя квантовые явления, можно спроектировать и создать  такую систему связи, которая  всегда может обнаруживать подслушивание. Это обеспечивается тем, что попытка  измерения взаимосвязанных параметров в квантовой системе вносит в  неё нарушения, разрушая исходные сигналы, а значит, по уровню шума в канале легитимные пользователи могут распознать степень активности перехватчика.

История возникновения

Впервые идея защиты информации с помощью квантовых объектов была предложена Стефаном Вейснером в 1970 году. Спустя десятилетие Ч. Беннет (фирма IBM) и Ж. Брассард (Монреальский университет), знакомые с работой Вейснера, предложили передавать секретный ключ с использованием квантовых объектов. В 1984 году они предположили возможность создания фундаментально защищённого канала с помощью квантовых состояний. После этого ими была предложена схема (BB84), в которой легальные пользователи (Алиса и Боб) обмениваются сообщениями, представленными в виде поляризованных фотонов, по квантовому каналу.

Злоумышленник (Ева), пытающийся исследовать передаваемые данные, не может произвести измерение фотонов  без искажения теста сообщения. Легальные пользователи по открытому  каналу сравнивают и обсуждают сигналы, передаваемые по квантовому каналу, тем  самым проверяя их на возможность  перехвата. Если ими не будет выявлено никаких ошибок, то переданную информацию можно считать случайно распределённой, случайной и секретной, несмотря на все технические возможности, которые может использовать криптоаналитик.

Первое устройство квантовой  криптографии

 Первая квантово-криптографическая  схема. Система состоит из квантового  канала и специального оборудования  на обоих концах схемы.

Первая работающая квантово-криптографическая  схема была построена в 1989 году в  Исследовательском центре компании IBM, все теми же Беннетом и Брассардом. Данная схема представляла собой квантовый канал, на одном конце которого был передающий аппарат Алисы, на другом принимающий аппарат Боба. Оба аппарата размещены на оптической скамье длиной около 1 м, в светонепроницаемом кожухе размерами 1,5х0,5х0,5 м. Управление происходило с помощью компьютера, в который были загружены программные представления легальных пользователей и злоумышленника.

Сохранность тайны передаваемых данных напрямую зависит от интенсивности  вспышек света, используемых для  передачи. Слабые вспышки, хоть и делают трудным перехват сообщений, все  же приводят к росту числа ошибок у легального пользователя, при измерении  правильной поляризации. Повышение  интенсивности вспышек значительно  упрощает перехват путем расщепления  начального одиночного фотона (или  пучка света) на два: первого по-прежнему направленному легальному пользователю, а второго анализируемого злоумышленником. Легальные пользователи могут исправлять ошибки с помощью специальных  кодов, обсуждая по открытому каналу результаты кодирования.

Но все-таки при этом часть  информации попадает к криптоаналитику. Тем не менее легальные пользователи Алиса и Боб, изучая количество выявленных и исправленных ошибок, а так же интенсивность вспышек света, могут дать оценку количеству информации, попавшей к злоумышленнику.

Общенаучное значение

Возникновение квантовой  механики - это яркий пример общенаучной  революции, поскольку ее значение выходит  далеко за пределы физики. Квантово-механические представления на уровне аналогий или  метафор проникли в гуманитарное мышление. Эти представления посягают на нашу интуицию, здравый смысл, воздействуют на мировосприятие.

    Дарвиновская  революция по своему значению  вышла далеко за пределы биологии. Она коренным образом изменила  наши представления о месте  человека в Природе. Она оказала  сильное методологическое воздействие,  повернув мышление ученых в  сторону эволюционизма. 

    Новые методы  исследования могут приводить  к далеко идущим последствиям: к смене проблем, к смене  стандартов научной работы, к  появлению новых областей знаний. В этом случае их внедрение  означает научную революцию. 

    Так, появление  микроскопа в биологии означало  научную революцию. Всю историю  биологии можно разбить на  два этапа, разделенные появлением  и внедрением микроскопа. Целые  фундаментальные разделы биологии - микробиология, цитология, гистология - обязаны своим развитием внедрению  микроскопа.

    Появление радиотелескопа  означало революцию в астрономии. Академик Гинсбург пишет об  этом так: "Астрономия после  второй мировой войны вступила  в период особенно блистательного  развития, в период "второй астрономической  революции" (первая такая революция  связывается с именем Галилея,  начавшего использовать телескопы) ... Содержание второй астрономической  революции можно видеть в процессе  превращения астрономии из оптической  во всеволновую"

Заключение

Возникновение квантовой  механики - это яркий пример общенаучной  революции, поскольку ее значение выходит  далеко за пределы физики. Квантово-механические представления на уровне аналогий или  метафор проникли в гуманитарное мышление. Эти представления посягают на нашу интуицию, здравый смысл, воздействуют на мировосприятие.

Мы часто сталкиваемся с практическими примерами действия законов ньютоновской (классической) механики, будь то падение яблок или торможение автомобилей, квантовые взаимодействия микроскопических частиц скрыты от нашего глаза плотной завесой макро-мира.

Законы квантовой  механики не противоречат законам классической механики. Они обобщают «классические» законы в более универсальной  теории, позволяющей описать повеление  микрочастиц. При переходе к масштабам, во много раз превышающим размерность  постоянной Планка, законы ньютоновской механики будут следовать из постулатов квантовой механики.

 Возможно, в  недалёком будущем нас ждут  новые открытия, которые так же  войдут в противоречие с существующими  принципами квантовой механики. Тогда, возможно, возникнет новая,  более общая теория мироздания, в которой квантовая механика  займёт своё достойное место  как один их разделов, как частный  случай бесконечного разнообразия  взаимодействия материи, энергии,  пространства и времени. 

Список литературы

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: учеб. пособие. – М: Высш. Образование, 2006.
2. Канке В.А. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Логос,2004.
3. Концепции современного естествознания: учеб. для вузов / под ред. Проф. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. – М.: ЮНИТИ – ДАНА,2003.
4. Концепции современного естествознания / под ред. Проф. С.И. Самыгина.- Ростов н/ Д: « Феникс», 2005.
5. Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания: учеб. – М.: ТК Велби; Изд-во Проспект, 2006
6. . Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания М., 1998 г.
7. Машкин Н. Ф. Квантовая физика М., 1986 г.
8. Черняк М. А. Кванты М., 1980 г.
9. Демиховский В. Я. Квантовые ямы, нити, точки. Что это такое? Соросовский обозревательный журнал  №5 М., 1997 г.