philcsy#10
A pontos megnevezés kvantuumos kulcsgenerálás.
Van két személy, A(lice) B(ob):
A kezdeményez:
Van neki egy polarizátora, és egy fényforrása.
(Itt csak síkban poláros fényről lesz szó, és a polarizátorok is ennek megfelelőek.)
A polarizátort nényféle álásban tudjuk elhelyezni:
Az első kettő legyen a vízszintes '-', és a függőleges irány '|'. Ezt a kettőt együtt '+' bázisnak nevezzük.
A második kettő legyen ezeknek 45°-kal elforgatott változata '/' és '\' (az irány lényegtelen). Ezt a kettőt együtt 'x' bázisnak nevezzük.
Generál A két véletlensámot. Pontosabban véletlen bitet.
Az első bit fogja meghatározni hogy x vagy + bázisból választunk irányt, a második sorozat pedig hogy pontosan melyik irányt választjuk a bázis két irányából.
B detektál:
Van neki egy olyan eszköze ami a fény kölünböző polarizáltságú fotonokat szétválogatja. Ilyet tud a kalcitkristály. Ez a berendezést kétféleképpen lehet beállítani. Vagy az '|' és '-' pol. fotonokat válogatja szét, vagy a '\' és '/' po. fotonokat válogatja szét. Ez alapján a kalcitot el lehet helyezni '+' bázisban vagy 'x' bázisban.
Ez a szétválogatás azt jelenti hogy bármilyen pol. foton is megy be a '+' bázisúban elhelyezett kalcitba, az abból kilépő foton biztos hogy '|' vagy '-' pol. lesz, és a két foton más irányba távozik. Ha a '+' bázisban elhelyezett kalcitba '|' vagy '-' pol. foton kerül akkor változatlan pol.-val lépnek ki. Ha '/' vagy '\' pol foton kerül akkor 50% hogy '|' 50% hogy '-' pol. foton lép ki.
A fotonok két lehetséges kilépésénél detektor van.
B is generál egy véletlen bitet ez alapján állítja be a polarizátort.
Összefoglalva:
A véletlenszámmal meghatározza a bázis amibe küld.
B véletlenszámmal meghatározza a bázis amibe detektál.
Amennyiben véletlenül azonos a bázisuk (erre 50% az esély), úgy B pontosan meg tudja határozni az A által küldött foton polaritását, mivel a kalcit nem csinál a pol.-val semmit, csak szétválogatja őket.
Ezt az egészet megismétlik sokszor. (Hogy hányszor az elsősorban a kulcs hosszától függ.)
Miután meg volt a mérés, A és B telefonon (vagy bármilyen más úton), megbeszélik milyen bázisban mértek. Azokat az eseteket amelyben a bázis azonos volt, tehát a polaritásmérés pontos volt, megtartják. A polaritást természetesen nem beszélik meg.
Kulcsként ezek után a polaritás értékeket használhatják.
Mi véd a lehalgatástól?
Eddig igazán semmi.
Bárki lehalgathatja a komunikációt, mérve egy által választott bázisban a foton polarizációját. Itt megjegyeznél hogy 1 foton polarizációját nem lehet biztosan megmérni. Mérés előtt bázist kell választani, az eredmény pedig a bázis két álapota közül az egyik lesz. A mérés során a foton pol.-ója megváltozik amennyiben a halgatózó véletlenül nem a megfelelő bázisban mér.
Ennek az lesz a következménye hogy A és B hiába mért véletlenül azonos bázisba, ha a halgatózó nem ugyanolyan bázist használt akkor a polarizáció, tehát a kulcs megfelelő bitje nem biztos hogy meg fog egyezni.
(Mivel a bázisadatokat csak a mérés után osztják meg egymással, ezt a harmadik fél még nem használhatja a lehalgatásnál.)
A lehalgatásra tett kisérletre úgy tud A és B rájönni hogy a kulcs egy részét nyilvánosan megosztják egymással. Amennyiben nem egyeznek, valami baj van. Ha nincs baj akkor a maradékot használják ténylegesen kulcsnak.
A kulcs hosszának növelésével annak az esélye hogy valaki sikeresen lehalgathatja a komunikációt exponenciálisan csökken.
Megkell jegyezni hogy a kvantuuum-állapotok, pl egy foton pol.-ja nem másolható. Ez a kvanuum-mechanikából következik.