Неподдельные квантовые деньги можно хранить на сверххолодной «дебетовой карте»

Использование квантовых состояний частиц света в качестве валюты может обеспечить неподдельные транзакции, а новый эксперимент также добавил способ сохранения части этих квантовых денег для будущего использования.

Из чрезвычайно холодных атомов и частиц света была создана элементарная квантовая дебетовая карта, на которую можно пополнить неподдельные квантовые деньги.

В обычных банках обнаружение поддельной банкноты часто зависит от мастерства фальсификатора, но в квантовом банке закон физики, называемый теоремой о запрете клонирования, делает успешную подделку невозможной. Этот закон гласит, что идентичные копии квантовой информации просто невозможно создать, и в 1983 году физик Стивен Визнер разработал протокол, использующий теорему о запрете клонирования для создания неподделываемой валюты. Жюльен Лора из Лаборатории Кастлера-Бросселя во Франции и его коллеги реализовали эту идею в самом передовом на сегодняшний день эксперименте.

Реклама

В этом протоколе банк выпускает банкноты, состоящие из квантовых частиц, обладающих особым набором свойств – особым квантовым состоянием – и защищенных от подделки теоремой о неклонировании. Лора говорит, что сам протокол является основополагающим достижением в области квантовой криптографии, но он никогда не был реализован таким образом, чтобы пользователь мог хранить квантовые деньги – хрупкость квантовых состояний означает, что пользователю пришлось бы немедленно их потратить.

Его команда сделала такое хранилище возможным, интегрировав в свою систему запоминающие устройства, аналогичные жёстким дискам. В ходе эксперимента пользователь взаимодействует с квантовым устройством, играющим роль банка, обмениваясь частицами света, или фотонами. Состояние каждого фотона можно сохранить в памяти, аналогично пополнению дебетовой карты.

Запоминающее устройство команды было изготовлено из нескольких сотен миллионов атомов цезия, которые исследователи охладили до температуры всего в несколько миллионных долей градуса выше абсолютного нуля, воздействуя на них лазерами. При такой экстремальной температуре квантовые состояния атомов можно было контролировать с высокой точностью с помощью света, но, по словам Лората, потребовались годы, чтобы определить, как сделать так, чтобы память на холодных атомах работала в составе квантовой дебетовой карты. В ходе многократных испытаний он и его коллеги продемонстрировали, что фотоны можно эффективно извлекать из атомов, когда пользователь хочет потратить свои квантовые деньги, без искажения этих состояний.

Кристоф Саймон из Университета Калгари в Канаде утверждает, что новый эксперимент — это шаг к созданию полноценных квантовых денег, но время хранения квантовой памяти, составляющее примерно 6 миллионных долей секунды, всё ещё слишком мало для практического применения протокола. «Ещё один [будущий шаг] — повышение портативности. Я думаю, что долгосрочной целью, особенно в контексте квантовых денег, станет квантовая память, которую можно положить в карман. Но мы пока определённо не достигли этой цели», — говорит он.

Команда нацелена на увеличение этого времени хранения данных. Если бы оно было в тысячу раз больше, протокол можно было бы использовать в городских квантовых сетях, которые уже существуют в городах по всему миру, говорит Лора. Кроме того, современная квантовая память может обеспечить сверхзащищённую квантовую связь на больших расстояниях, а также помочь объединить несколько квантовых компьютеров в одно, более мощное устройство, говорит он.

Достижения науки DOI: 10.1126/sciadv.adx3223

Источник: www.newscientist.com