理論的には、いわゆる量子暗号は、完全に安全な情報送信方法を提供します。実際には、そうではないかもしれません。しかし今、物理学者は、秘密を盗聴者に公開する可能性のある技術的な抜け穴を閉じる方法を実証しました.
アリスがボブに秘密のメッセージを送りたいとします。通常の暗号化では、メッセージを 2 進数 (つまり、0 と 1 の文字列) に変換し、キーとして機能する別のランダムな 0 と 1 の文字列と数学的に組み合わせてスクランブルすることができます。次に、ボブはこのキーを使用してスクランブリングを元に戻し、メッセージを読みます。もちろん、このスキームを機能させるには、盗聴者のイブに傍受されないように、アリスがボブに鍵を渡さなければなりません。
量子暗号は、文字通りひねりを加えています。アリスは、鍵を単一光子でエンコードすることによってボブに渡します。これは、水平方向に偏光して 0 を通知するか、垂直方向に偏光して 1 を通知することができます。これだけあれば、盗聴者のイブも鍵を読み取って、ボブに光子。しかし、アリスは送信機をランダムに回転させて、プラスまたはマイナス 45° で斜めに偏光した光子を送信することもできます。彼女の送信機がボブの受信機と位置合わせされていない場合、キーの送信は曖昧になります。たとえば、アリスが 45° で偏光された光子を送信し、ボブが検出器を水平方向または垂直方向に設定した場合、量子力学では、ボブは 50% の確率で水平方向のクリック、または 50% の確率で垂直方向のクリックを記録します。これは問題ありません。フォトン ストリームの送信後、アリスとボブは、どのフォトンに対してデバイスが整列されたかを互いに認識し、それらのみを使用してキーを定義できるためです。
このすべてのねじれは、イブを締め出します。 Eve は、Alice と Bob がどちらの方向を使用しているかを知りません。推測が間違っていれば、検出可能な方法で光子を妨害します。たとえば、特定の光子について、アリスとボブの両方が水平垂直方向に装置を設定しているが、イブは彼女の装置を 45° に設定しているとします。次に、量子力学によると、彼女の光子の測定値はその状態を変化させ、プラスまたはマイナス 45° で偏光したままにします。これにより、アリスとボブが見るはずの完全な一致が台無しになります。後でメモを比較すると、エラーが見つかり、誰かが送信を改ざんしたことがわかります。
しかし、2010 年に、国際的な研究者チームは、個々の光子を検出するために使用されるいわゆるアバランシェ フォトダイオード (APD) の弱点を利用して、Eve がシステムをハッキングできることを示しました。問題は、APD が強い光パルスに対して反応する場合と単一光子に対して反応する場合が異なるため、パルスのエネルギーがしきい値を超えてヒットを記録する必要があることです。その結果、イブがしなければならないことは、単一光子を傍受し、それらの偏光を推測して測定し、その答えを新しい明るいパルスとしてボブに送信することだけです。彼女が正しく推測し、アリスとボブと同じ向きで彼女の装置で光子を測定した場合、ボブの装置は明るいパルスを単一の光子のように解釈します。しかし、彼女の推測が間違っていて、偏光が彼の装置の向きに対してオフキルターである明るいパルスをボブに送った場合、ボブの装置は実際にそれを 2 つの暗いパルスに分割します。どちらも、ボブの探知機が作動するほど強力ではありません。そのため、ボブは、イブが光子の偏光を台無しにしたイベントに気付くことはありませんでした.また、検出器の非効率性のために多くの光子がアリスからボブに届かないため、彼はパルスの損失に気付かなかった.
昨年、トロント大学の物理学者 Hoi-Kwong Lo とその同僚は、この問題を回避する方法を見つけたと主張しました。新しいプロトコルでは、アリスとボブは、ランダムに極性化された信号を第三者であるチャーリーに送信することにより、量子鍵の作成を開始します。チャーリーは信号を測定して、実際の偏光ではなく、偏光が直角であるかどうかだけを判断しました。たとえば、アリスが垂直方向の信号を送信し、ボブも垂直方向の信号を送信した場合、チャーリーは「いいえ」の信号を送信します。しかし、アリスが垂直方向の信号を送信し、ボブが水平方向の信号を送信した場合、チャーリーは「はい」の信号を送信します。ボブが「はい」と聞くと、信号を 90° ひねってアリスの信号と同じにします。これが量子鍵を形成します。ここでの秘訣は、チャーリーが光子の偏光を比較するだけで、それらが何であるかを判断せずに、光子の分裂や半分の強度の信号がないことです。その結果、イブによる改ざんが見過ごされることはありません。彼女が Charlie の肩越しにのぞいても、Alice と Bob の信号が相関しているかどうかしかわかりません。実際の値はわかりません。
Lo と同僚は、自分たちのアイデアを発表したところです。現在、 Physical Review Letters で印刷中の論文では、 2 つの独立した物理学者グループが、新しいプロトコルが機能することを示しました。カナダのカルガリー大学の Wolfgang Tittel らは、チャーリーの検出器をカルガリーのメイン キャンパスに、ボブの信号発生器を 6 km 離れた研究室に、アリスの信号発生器を 12 km 離れた別の研究室に配置しました。研究者たちは、真に安全な暗号化が必要とするようにボブとアリスにランダムな信号を生成させませんでしたが、信号のタイミングと測定が非常に長い距離で実行できることを示しました.一方、中国科学技術大学（合肥市）の Jian-Wei Pan らは、実験室だけではあるが、ランダムな信号を使った量子暗号プロトコルを実証した。
これは、量子暗号が安全であることを意味するのでしょうか?商用の量子暗号を製造しているスイスの企業 ID Quantique の CEO である Grégoire Ribordy 氏は、実際のシステムは、検出器を継続的に調整することで、目くらましの抜け穴をほぼ回避しており、入ってくる光子に対して常に異なる反応を示すようになっていると述べています。このような対策により、Eve がセキュリティを妨害することは非常に困難になります。なぜなら、彼女は強い光信号を継続的に調整する必要があるからです。しかし、Ribordy は、Tittel などによる新しいプロトコルのデモンストレーションは、将来のシステムを開発する上で歓迎されると付け加えています。
