Quantenschlüsselverteilung durch modifiziertes Doppelspaltexperiment

Hier ist meine Begründung:

Aufbau 1: Machen Sie ein herkömmliches Doppelspaltexperiment und schalten Sie die Photonenquelle ein. Interferenzstreifen sollten auf einem Detektorschirm erscheinen, der gegenüber dem Photonenemitter platziert ist, richtig?

Aufbau 2: Die oft zitierte " Welch-Weg "-Variante des Doppelspaltexperiments, bei der extrem empfindliche Photonendetektoren in den Spalten platziert werden. Diese Photonendetektoren sind so konzipiert, dass sie die Photonen passieren lassen, aber ihren Durchgang messen. Die Interferenzstreifen auf dem Detektorschirm sollten nicht mehr vorhanden sein und die an den Schlitzen platzierten Detektoren sollten den Durchgang der einzelnen Photonen registrieren können.

Aufbau 3: Eine "in welche Richtung"-Variante mit heruntergedrehtem Photonen-Emitter, so dass er nur 1 Photon pro Sekunde emittiert. Das Ergebnis, zumindest auf dem Erkennungsbildschirm, von Setup 3 sollte das gleiche wie Setup 2 sein, nur sehr, sehr schwach. Jetzt, da die Rate der Emission und Detektion von Photonen drastisch reduziert und sorgfältig kontrolliert wird, steht eine zusätzliche Information zur Verfügung. Diese Information ist der "Zeitstempel" jedes Photonenemissions-/-detektionsereignisses. Unter Verwendung dieser zusätzlichen Zeitstempelinformationen können Korrelationen zwischen den beiden Schlitzen für jedes spezifische Photon aufgezeichnet werden. Beispielsweise werden die Messungen von Schlitz A von Alice und die Messungen von Schlitz B von Bob aufgezeichnet. Nun, wenn ich mich nicht irre, sollten Alice und Bob einen perfekten One-Time-Block habendie für eine unzerbrechliche Verschlüsselung verwendet werden können.

Ich habe von Quantenverschränkung gehört, die eine sichere Einmal-Pad-Verteilung ermöglicht, aber die Photonen in einem Doppelspaltexperiment sind nicht unbedingt im herkömmlichen Sinne verschränkt. Und doch scheint die Kombination der Zeitstempelinformationen und des notwendigerweise komplementären Durchgangs des Photons durch nur einen der beiden verfügbaren Schlitze zu implizieren, dass ein sicheres Einmalpad verteilt werden kann (bei richtiger Planung und Implementierung), ohne dass dies erforderlich ist eine gemeinsame Quelle verschränkter Photonen.

Produziert ( und verteilt ) dieses dritte Setup erfolgreich ein One-Time-Pad? Ist ein aus dem beschriebenen Setup resultierender Schlüssel funktional gleichwertig mit einem über Quantum Key Distribution erzeugten ?

Einige Probleme: 1) Es gibt keinen Photonendetektor, der das Photon nicht zerstört. Der von Ihnen erwähnte Detektor war Teil eines Gedankenexperiments (Einstein, Wheeler), existiert aber nicht. 2) Wenn Sie einen Detektor am Bildschirm platzieren, kann es sein, dass die Zeiten nicht so vorhersehbar sind, zum Beispiel kann Schlitz 1 Fotos an die Seite von Schlitz 2 senden. 3) Eine langsame Einzelphotonenquelle wird in ihrer Emission statistisch, es ist keine stetige Quelle, daher könnte das Timing schwierig sein, das ist wahrscheinlich Ihr größtes Problem.
@ PhysicsDave: Engineering fordert meinen guten Mann heraus! Nur technische Herausforderungen :-) Es müssen keine Photonen sein. Wir könnten stattdessen Elektronen verwenden ( phys.org/news/… ). Was das Timing betrifft, NP, verlangsamen Sie einfach die Bitrate bis zum Punkt der Absurdität. Sprich, schalte den Emitter einmal am Tag ein und schalte ihn wieder aus, sobald er ein Elektron emittiert. Und da wir Elektronendetektoren in die Schlitze einbauen, ist der Schirm eigentlich irrelevant. Das Quanteninterferenzmuster wird zerstört, sobald die Detektoren das Elektron trotzdem detektiert haben.

Antworten (1)

Der Sinn der (Quanten-)Kryptografie besteht nicht darin, einen korrelierten Zufallsschlüssel zwischen Alice und Bob zu verteilen, sondern einen sicheren Schlüssel zu verteilen, dh einen Schlüssel, der einem potenziellen Angreifer nicht bekannt sein kann. Ihr Schema greift in dieser Hinsicht zu kurz: Nichts würde einen Angreifer (der die Photonenquelle ersetzen würde) daran hindern, Photonen zu senden, die so präpariert sind, dass sie nur an einem vorbestimmten Schlitz ankommen und nicht an beiden mit gleicher Wahrscheinlichkeit. Somit würde ein solcher Schlüssel für Alice und Bob zufällig aussehen, der Lauscher hätte jedoch eine perfekte Kenntnis des Schlüssels.

Es sei denn natürlich, Alice und Bob haben die volle Kontrolle über den gesamten Versuchsaufbau. Aber andererseits könnten sie auch einfach eine Münze werfen.

Hervorragende Punkte. Wie Sie betonen, wäre der beschriebene Aufbau sicherlich anfällig für einen Lauscher, es sei denn natürlich, Alice und Bob kontrollierten den gesamten Apparat, was die gesamte Übung zunichte machen würde. Aber was ich eigentlich gefragt habe, war: 1) Produziert (und verteilt) dieses dritte Setup erfolgreich ein One-Time-Pad? und 2) ist ein aus dem beschriebenen Setup resultierender Schlüssel funktional gleichwertig mit einem Schlüssel, der über Quantum Key Distribution erstellt wurde?
Der Grund, warum ich diese Fragen gestellt habe, die ich zugegebenermaßen in meinen ursprünglichen Beitrag aufgenommen habe, war, dass ich über die Möglichkeit nachdachte, eine extrem entfernte gemeinsame Quelle von Photonen zu verwenden, wie einen entfernten Stern oder so etwas (ich habe keine Ahnung, ob eine solche Quelle könnte im Prinzip sogar existieren) ... Aber ich dachte, diese Frage wäre etwas zu weit draußen, um in diesem Forum behandelt zu werden, also fragte ich stattdessen nach den theoretischen Grundlagen dieser Art der klassischen Schlüsselverteilung.
Lol! Los geht's, du hast es dir verdient!
Quantenschlüsselverteilung durch modifiziertes Doppelspaltexperiment
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