Квантовые деньги

Эскиз квантовой банкноты Стивена Визнера

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

Идея квантовых денег принадлежит аспиранту Колумбийского университета Стивену Визнеру^[англ.], выдвинута им в конце 1960-х годов. Стивен Визнер в 1970 году подал статью по теории кодирования в журнал IEEE Information Theory^[англ.], 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^[англ.] и получила высокую оценку в научных кругах^[1][2].

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

Идея Визнера

Формирование квантового ключа

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 практике

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 ${\displaystyle (5/6)^{N}}$, (где ${\displaystyle N}$ — 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].

Недостатки

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. также

• Квантовая криптография
• Защищённая полиграфия

Примечания

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.