100% 安全な量子ビデオ会議の秘密

数日前、ウィーンと中国の間の距離が近くなりました。それぞれの科学アカデミーの会長である白春麗氏とアントン・ゼリンジャー氏は、ビデオ会議を通じて興味深い会話を交わした。興味深い詳細がなければ、このコミュニケーション自体はニュース価値がありません。これは、100% 安全な方法で実施された初のビデオ会議 (少なくとも公式) です。まだ十分に印象的ではありませんか?これが量子通信を使った初のテレビ会議だとしたらどうでしょうか？このマイルストーンの意味を調べてみましょう。

量子もつれの謎

量子特性を利用して事実上不可侵な通信を実現することは、数十年にわたって研究者の頭の中にありました。しかし、量子暗号化が現実のものになったのはつい最近のことです。基本的に、これは、これらのプロパティのおかげで送受信される情報をエンコードすることで構成されます。そして、これの何がそんなに特別なのでしょうか？亜原子世界のいくつかの特徴により、情報は伝達手段がなくてもある地点から別の地点に伝わる可能性があります。他の場合には、そのような情報は破壊されなければ観察できません (データ窃盗の危険にさらされてしまいます)。これをもう少し詳しく説明しましょう。

およそ 100 年前、アインシュタインは、信じたくはありませんでしたが、今日私たちが知っている最も奇妙な現象の 1 つである量子のもつれについて説明しました。これは次のような形で現れます。絡み合った 2 つの粒子を互いに離して配置すると、両方の粒子の状態はリンクされ、一方の状態を変更すると、もう一方の状態も自動的に変更されます。そして、一方の粒子がもう一方の状態が変化したことをどのようにして知るのでしょうか?彼はそれを知っています、そしてそれだけです。つまり、状態の変化を示す情報は送信されません。簡単に言えば、粒子はいわば変化に反応します。しかし、粒子が通信する方法は存在しないと私たちは主張します。それはただ起こるのです。

これらのパーティクルに含まれる情報を（より適切な表現がありませんが）簡単に処理できれば、それらの 1 つの状態を変更すると、そのリンクされたパーティクルの状態が手段を選ばずに即座に変更されるシステムを作成できます。それらの間に存在します。さらに、これは光が情報を伝達するよりも速い速度で瞬時に起こります。このようにして、マックス・プランク量子光学研究所所長のイグナシオ・シラク氏がニューロストリームに説明したように、各端（粒子）に位置することで、誰にも傍受されることなくメッセージを送受信することができます。

100% 安全なビデオ会議を実現する方法

情報を「送信」するための興味深い仕組みがすでにあります (ただし、技術的にはまだ何も送信していません)。次に、地球の裏側にいる別の人と会話できるようにするためのメソッドの残りをすべて作成する必要があります。ここで大規模な量子実験が登場します。最初の量子衛星は、宇宙規模での量子実験(QUESS) であり、 Moziとしても知られており、わずか 1 年前に軌道上に打ち上げられました。この衛星は、中国にあるステーションとオーストリアにある 2 つのステーション間で量子暗号化キーを配布するように設計されています。この夏、研究者らは光子を宇宙に「テレポート」する可能性を実証し、量子もつれの記録を破った。テレポーテーションはもつれとどのような関係があるのでしょうか?テレポーテーションは、物理的な物質をある点から別の点に移動させることではありません。実際、テレポーテーションについて話すとき、現実的に私たちが行うことは、ある粒子の物理的状態を「切り取り」、それを別の粒子に「ペースト」することです。宇宙の粒子はユニークであるため、同じ物理状態を持つことはできません。実際に行うことは、2 番目の粒子を最初の粒子に変換することです。

これを実現するには、ご想像のとおり、量子もつれが使用されます。このようにして、最初の状態を変更して 2 番目の状態に変換します。量子テレポーテーションとして知られるこのプロセスは、距離が離れるにつれて複雑になります。たとえば衛星の場合、粒子が大気と相互作用してもつれを解く可能性があるため、大気の存在が問題となります。しかし実験は完全に成功し、幸運にもつい最近見ることができたビデオ会議の基礎が築かれました。さらに、これは量子的な性質の大陸間通話の最初の証明を表します。コンピュータレベルで使用されるプロトコルは、情報の送受信を除いて通常のプロトコルとあまり変わりません。このプロセスでは、メッセージの秘密が含まれるのはビットではなく量子ビットです。先ほども言ったように、メッセージは量子特性によって詮索好きな目から隠されています。

それは本当に不可侵なのでしょうか？

物理法則が何を公言しているとしても、懐疑論には限界がありません。したがって、立ち止まって「100％安全なのか？」と考えるのは正当なことです。昨年 7 月、ニューロストリームはモスクワで開催された IV 量子技術国際会議 (ICQT) に出席し、コンピューター セキュリティと量子システムの専門家であるヴァディム マカロフと講演しました。 「物理法則は破られません。量子システムはハッキングできません」と彼は説明した。 「しかし、エンドポイント、つまり情報を送受信するデバイスをハッキングすることはできます。」専門家によれば、これが主な弱点であり、もう一つの重要な側面である情報操作であるという。唯一 100% 安全な点は、粒子間の「伝達」を暗示する点です (これは伝達そのものではないと私たちは主張します)。

残りはハッキングされる可能性がありますか?マカロフによれば、そうです。 「従来のコンピュータプロトコルや通信を標的とした従来のハッキング手法に加え、量子デバイスに障害を引き起こす可能性がある。」メッセージの破損を引き起こすことと、量子暗号を使用して送信されたメッセージをスパイすることの両方が、Vadim の仕事の一部です。しかし、これは可能ではありますが、そう簡単ではありません。 「あらゆるコンピュータ伝送媒体を攻撃できる一般的なハッキングは別として、量子暗号に基づく通信デバイスは物理的にアクセスすることによってのみハッキングできます。」これを実現するために、この専門家は、これらのデバイスにスパイをインストールして、送受信される情報を当事者が検出できないように盗むことができると説明しました。それでも、量子暗号化とそれに関連するすべての通信システムは、今のところ、難攻不落のセキュリティの砦であり続けます。