Satellitenbasiertes Quanteninternet Teil II

Zum Thema, worum es geht, habe ich hier den ersten Teil verfasst : http://sycramore.de/?p=47

Hier also Teil II. Satelliten sind teuer, wir können unser Quanteninternet nicht komplett selbst aufbauen. Da drängt sich doch folgender Gedanke auf – können wir die chinesische Infrastruktur nicht mitverwenden?

Und ich sage – ja, wir können. Mit Quantenverifikationsprotokollen. Da gibts verschiedene Varianten. Entweder wir vertrauen der Quelle nicht, die die Photonen erzeugt oder wir haben Lauscher in unserem Quantennetzwerk. Oder beides. Ach ja, und die Dekohärenz erzeugt Lärm, bei dem wir nicht wissen, ob er von der Umwelt erzeugt wird oder vom Angreifer. In manchen Setups haben wir alle drei Faktoren. In dem Fall prüft man den Worst-Case – die Angreifer arbeiten mit einer Quelle zusammen, die uns gerne alle betrügen will und der Lärm stammt auch komplett vom Angreifer. Unter diesen Umständen können wir Aussagen über die fidelity machen (also wie nah unser Zustand, den wir für den Schlüsselaustausch bekommen am gewünschten Zustand ist) und wieviel Lärm unser Protokoll verträgt. Ein schönes Beispiel dazu mal hier

https://www.nature.com/articles/ncomms13251.pdf?origin=ppub

In dem satellitenbasierten Setup haben wir erstmal nur eine Quelle, der wir nicht trauen können – den Satelliten. Wir wissen nicht, welche Hintertüren die Chinesen eingebaut haben, müssen aber auf alles gefasst sein. Wenn die Chinesen Hintertüren eingebaut haben, dann können sie mithören. Da wir aber alle vertrauenswürdigen Kommunikationspartner kennen (uns und den richtigen Empfänger der Nachricht), müssen wir uns nur um unsere Quelle Gedanken machen.

Wir testen also die Quelle. Sie soll uns n – mal unseren Zustand geben, den wir haben wollen. Wir testen davon n-1 Stück und nehmen ein Exemplar für die Informationsübermittlung (Schlüsselübertragung o. Ä.). Unseren Zustand, den wir haben wollen, kennen wir und können somit lineare Funktionen bestimmen, die diesen als Eigenzustand haben. Heißt in der Realität, wir können einen Teil der Photonen messen und unsere Messung sagt uns, ob der Zustand der ist, den wir haben wollen. Im für die Chinesen am besten Szenario schicken sie uns n-1 mal den richtigen Zustand und einmal den falschen. Sollten wir dann alle richtigen Zustände messen und der falsche rutscht durch, so ist unser Protokoll void. Verdammt, aber such is life, um Schrödinger zu zitieren. Da die Quelle aber nicht weiß, wann wir testen, liegt ihre Wahrscheinlichkeit, mit dem Cheat durchzukommen bei 1/n. (In der Realität ist das Setup komplizierter, da die Quelle auch einen stark verschränkten Zustand produzieren kann, der nur als Dichtematrix darstellbar ist und über den man mathematisch nur schwer Aussagen treffen kann. Allerdings ist das Protokoll auch unter dieser Annahme sicher – vorausgesetzt wir haben bei dem Beweis uns keinen dummen Fehler erlaubt und der Dichtematrixformalismus hält mit seinen Annahmen. Nachzulesen ist das alles hier https://arxiv.org/abs/1801.05057 )