رمزنگاری کوانتومی - قسمت دوم

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: رمزنگاری کوانتومی - قسمت دوم

رمزنگاریِ کوانتومی بر پایه.یِ اصل عدم قطعیتِ هایزنبرگ (Heisenberg) استوار است ...

اصول رمزنگاری کوانتومی

امواج الکترومغناطیسی (به عنوان مثال نور) می.توانند قطبیده شوند. قطبیدگی بنا بر قرارداد با جهتِ میدان الکتریکی تعریف می.شود که در آن یا جهت نوساناتِ میدان الکتریکی ثابت است یا به شکل معینی تغییر می.کند. به این ترتیب نورِ خورشید کاملاً غیرقطبیده است زیرا جهتِ میدان در آن به شکل کاملاً تصادفی عوض می.شود. یک قطبش.گر ابزاری است که تنها اجازه.یِ عبورِ نور با جهتِ قطبیدگیِ خاصی را می.دهد. بنابراین اگر نور کاملا غیر.قطبیده باشد تنها نیمی از آن از قطبش.گر عبور خواهد کرد. اما بر طبق نظریه کوانتوم، امواج نور (کلِ امواج الکترومغناطیسی) به.شکل ذرات گسسته.یِ بدون جرمی که فوتون نامیده می.شوند انتشار می.یابند. هر فوتون مقدارِ معینی انرژی، اندازه حرکت و اندازه حرکت زاویه.ای دارد و قطبش با جهتِ اندازه حرکت زاویه.ای یا اسپین آن معین می.شود. در این نظریه فوتون یا از قطبش گر رد می.شود یا نه، اما اگر رد شد جهتِ قطبشش با محورِ قطبش.گر هم.خط می.شود، مستقل از این که چه قطبشِ اولیه.ای داشته است. نظریه.هایِ الکترومغناطیسی و کوانتومیِ نور با هم یک نظریه.یِ نامتناقض و بدون ابهام را ایجاد می.کنند که هر یک قادر به توصیفِ پدیده.هایِ به.خصوصی هستند. بنابراین نور دارایِ خاصیتِ دوگانه.یِ ذره و موج است.

رمزنگاریِ کوانتومی بر پایه.یِ اصل عدم قطعیتِ هایزنبرگ (Heisenberg) استوار است که می.گوید جفت.های به.خصوصی از خواصِ فیزیکیِ یک سیستم به.شکلی به هم مربوطند که اندازه.گیریِ هم.زمانِ آن.ها غیرممکن است و اندازه.گیریِ یکی از آن.ها از اندازه.گیری کمیتِ دیگر به.طور هم.زمان جلوگیری می.کند. این اصل با توجه به این نکته است که اندازه.گیریِ یک سیستم حالتِ آن را تغییر می.دهد. بنابراین وقتی در اندازه.گیریِ قطبشِ فوتون جهت اندازه.گیریِ خاصی را انتخاب می.کنیم این انتخاب تمامی اندازه.گیری.هایِ بعدی را تحت تاثیر قرار می.دهد چون قطبش را عوض می.کند. برای مثال اگر جهتِ عمودی را برای اندازه.گیریِ قطبش یک فوتون انتخاب کنیم فوتون با قطبشِ عمودی از قطبش.گر رد می شود و قطبشِ افقی اصلا رد نمی.شود، مستقل از این که فوتون دارایِ چه حالتِ اولیه.ای بوده است. حال اگر اندازه.گیریِ دیگری در زاویه.یِ 45 درجه از اندازه.گیری اول انجام دهیم احتمالِ عبورِ فوتون از قطبش.گرِ دوم دقیقا 2/1 است. می.گوییم قطبش.گر اول اندازه.گیری قطبش.گر دوم را کاملاً تصادفی می.کند. بنابراین اگر یک قطبش.گرِ 0 یا 90 درجه برای دادن قطبش اولیه به اتم استفاده شود، در صورتی می.توان جهتِ این قطبش را تشخیص داد که یک قطبش.گرِ 0 یا 90 درجه انتخاب گردد، در غیر این صورت قطبش.گرِ 45 یا 135 درجه یک خروجی با همین قطبش.ها می.دهد که یعنی با احتمالِ برابر یا قطبش عمودی بوده یا افقی.
دو جفت پایه تعریف می.کنیم: پایه‎ی قائم (+) با دو محورِ عمودی

(0 درجه) یا افقی

(90 درجه)، و پایه‎ی قطری (x) با دو محور

45 یا

135 درجه نسبت به محور عمودیِ پایه.ی اول.
بر طبق مکانیک کوانتومی اگر قطبش عمودی یا افقی باشد اندازه گیری در پایه یِ قائم (در هر یک از زوایایِ 0 یا 90 درجه) یک نتیجه یِ درست ِعمودی یا افقی را می دهد ولی اندازه گیری در پایه یِ قطری به طور تصادفی یا عمود یا افقی نتیجه می دهد. علاوه بر آن پس از این اندازه گیری جهت قطبش هم راستا با جهتی می شود که در آن اندازه گیری انجام شده است و تمامِ اطلاعات در مورد قطبشِ اولیه کاملا از بین می رود.

رمزنگاریِ کوانتومی تنها برایِ تولید و توزیعِ کلید استفاده می شود و نه برای انتقالِ اطلاعات. این کلید در مراحلِ بعدی می تواند همراه با هر الگوریتمِ رمزگذاری (یا رمزگشایی) برایِ تبدیلِ پیام به رمز یا برعکس استفاده شود.

توزیع کلید کوانتومی

کدگذاریِ اطلاعات با استفاده از فوتون ها که جهتِ قطبش آن ها می تواند برای نشان دادن 0 یا 1 استفاده شود امکان‎پذیر است. بنابراین هر فوتون می‎تواند شامل یک bit از اطلاعات کوانتومی باشد (که qbit در مقابل bit در مکانیک کلاسیک نامیده می‎شود). روش‎هایِ متفاوتی برای توزیعِ کلید وجود دارد. در علوم و فنون جدید بعدی به یکی از این رویکردها می‎پردازیم که اولین روشی است که برای حلِ مسئله‎یِ توزیعِ کلید با استفاده از رمزنگاری کوانتومی توسطِ Charles H. Bennett و Gilles Brassard در سال 1984 ارائه شد. این طرح BB84 نامیده می‎شود.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 1384]