Физики всерьёз обсуждают «квантовый саботаж», способный незаметно взламывать защищённую связь будущего
За последние десятилетия квантовая криптография превратилась в один из главных кандидатов на роль «неуязвимой» связи будущего. Пока классические системы шифрования опасаются появления мощных квантовых компьютеров, способных взломать современные алгоритмы, сами квантовые коммуникации долгое время считались фундаментально защищёнными законами физики. Но теперь физики всё серьёзнее обсуждают тревожный сценарий: что, если сама квантовая механика однажды окажется неполной теорией природы?
Именно этот вопрос лежит в центре нового направления исследований, посвящённого феномену «квантового саботажа» (quantum jamming). Речь идёт о гипотетическом эффекте, который позволил бы незаметно вмешиваться в квантовую запутанность — основу большинства квантовых систем защиты данных.
Современная квантовая криптография строится вокруг принципа «моногамии запутанности». Если две частицы находятся в квантово-запутанном состоянии, то сторонний наблюдатель не может незаметно подключиться к этой связи: любое вмешательство разрушает запутанность и автоматически выдаёт факт прослушки. Именно этот механизм считается главным преимуществом квантовой передачи ключей (Quantum Key Distribution, QKD).
Однако группа теоретиков предполагает существование более экзотического сценария. В нём некое внешнее воздействие способно изменить характер запутанности между частицами, не оставляя явных следов вмешательства и при этом не нарушая один из важнейших принципов современной физики — запрет на передачу информации быстрее скорости света.
Иллюстрация: Nano BananaИдея квантового саботажа впервые появилась ещё в середине 1990-х годов в работах физиков Якоба Грюнхауса, Санду Попеску и Даниэля Рорлиха. Тогда концепция выглядела скорее философским мысленным экспериментом. Но интерес к ней резко вырос после развития класса квантовых протоколов, которые должны оставаться безопасными даже при недоверии к самому оборудованию.
В 2016 году теоретики Равишанкар Раманатан и Павел Хородецкий обратили внимание, что гипотетический quantum jamming фактически разрушает фундаментальную основу подобных систем безопасности. Если такой эффект возможен, то «моногамия запутанности» перестаёт быть абсолютной гарантией защиты.
Для объяснения идеи физики используют мысленный эксперимент с персонажами Алисы, Боба и загадочного «фокусника» Джима. Алиса и Боб получают по коробке с загадочными шарами, которые всегда оказываются противоположных цветов — аналог квантово-запутанных частиц. Но пока они удаляются друг от друга почти со скоростью света, Джим каким-то образом меняет связь между шарами. В результате при последующем сравнении оказывается, что оба шара имеют одинаковый цвет, хотя сами наблюдатели не заметили момента вмешательства.
На практике речь идёт не о реальных шарах, а о возможности изменить корреляции между удалёнными квантовыми системами без прямой передачи сигнала. Именно это делает концепцию настолько спорной: формально причинность не нарушается, но сама природа квантовой связи начинает выглядеть куда менее надёжной, чем считалось раньше.
Сегодня исследователи пытаются понять, существует ли более глубокий физический принцип, который автоматически запрещает подобные эффекты. Если такого ограничения не существует, то квантовая криптография будущего может оказаться построенной на предположениях, которые работают только внутри нынешней версии физики.
Особый интерес вызывает тот факт, что проблема напрямую связана с поиском «постквантовой» теории мира — гипотетической физики, которая однажды сможет объединить квантовую механику и гравитацию. Многие физики считают, что именно в этой области могут скрываться совершенно неожиданные эффекты, меняющие наше понимание причинности и информации.
Пока quantum jamming остаётся теоретической конструкцией без каких-либо экспериментальных подтверждений. Но сама дискуссия уже заставляет физиков и криптографов пересматривать базовые предположения о том, насколько вообще возможно создать абсолютно безопасную связь во Вселенной, где фундаментальные законы могут оказаться лишь приближением к чему-то гораздо более странному.
© iXBT
