Ismétlés
2. kiszh április 19-én!
Quantum Key Distribution
Biztonsági kockázat Interea autem Gebarth episcopus venit in Geurinum (Iaurinum) et mittens epistolam ad Henricum caesarem, sciscitabatur ab eo, ubi deberet ipsum exspectare. Is autem, qui ferebat litteram, Deo sic volente captus est a latrunculis Andree regis, et ad eum ductus. Cumque Nicolao episcopo interpretante tenorem litterarum percepissent, rescripserunt episcopo Gebarth litteras, quas per quendam hospitem ei miserunt. Ille autem simulans se a Caesare missum obtulit litteras Gebarth episcopo talia continentes: Noveris optime Gebarth episcope, quod magna et ardua negotia nostri imperii nos ab Hungaria in Teutoniam ire compellunt: nam inimici nostri imperium nostrum hostiliter occuparunt. Ergo age, festina et destructis navibus, quam citius poteris, nobis Ratispone occurras. Nec enim tibi tutum est amplius in Hungaria commorari. Hiis itaque cognitis Gebarth episcopus festinanter fugit in Teutoniam. (Scriptores Rerum Hung. I. 348.) 2018.04.12. 4
I. András Szereplők 1051 III. Henrik Vértes 2018.04.12. 5
Képes Krónika Ezalatt pedig Gebhardt püspök Györhöz ment, és levelet küldvén Henrik császárhoz, tudakolta tőle, hol kell őt bevárnia. Ám András portyázói Isten akaratából elfogták az embert, aki a levelet vitte, s a király elé vezették. Miután pedig Miklós püspök tolmácsolásában megértették a levél tartalmát, válaszlevelet írtak Gebhardtnak, melyet egy hospesszel küldtek el neki. Ő pedig, azt színlelve, hogy a császár küldte, átadta Gebhadrtnak levelet, amely ilyesmit tartalmazott: Tudd meg, kiváló Gebhardt püspök, hogy birodalmunk nagy és súlyos gondjai arra kényszerítenek minket, hogy Magyarországról Németországba menjünk. Azért nosza, iparkodj, és elpusztítván a hajókat, a lehető leggyorsabban gyere színünk elé Regensburgba. Nem maradhatsz ugyanis tovább biztonságban Magyarországon. Ezt megtudván Gebhardt püspök sietve elmenekült Németországba https://www.youtube.com/watch?v=qea4klj6ngw https://www.youtube.com/watch?v=c7omrcbi9a4&nohtml5=fals 2018.04.12. e 6
Nyílvános kulcsú titkosítás f -1 () Alice Bob f() Nyílvános kulcsú titkosítás nyilvános titkosítókulcs, titkos fejtőkulcs kulcsok előállítása: két nagy prímszám szorzatát felhasználva feltörés: a törzstényezők meghatározása A mai napig nem sikerült bebizonyítani, hogy nincs hatékony algoritmus a feltörésre. Mindenesetre eddig nem sikerült ilyen klasszikus algoritmust találni. De kvantumosat IGEN! 2018.04.12. 7
Szimmetrikus titkosítás Alice Bob Szimmetrikus kulcsú titkosítás Egyforma kulcsok mindkét oldalon Abszolút biztonságos, ha bizonyos előírásokat betartunk Gond, hogy a kulcsot miként juttassuk el a túloldalra???? 2018.04.12. 8
Quantum Key Distribution 1. Generation Single photon QKD
Modeling of Eavesdropping No Cloning theorem: unknown non-orthogonal quantum states can not be copied. Decoherence: noise appears in the system, if it is not closed. Noise: loss of information Eavesdropping: infromation leaks to Eve, i.e. loss of information! 10
Modeling of Eavesdropping Shannon s noisy (channel) coding theorem: Example: Capacity of Binary Symmetric Channel head tail 11
Modeling of Eavesdropping Decoherence: noise appears in the system, if it is not closed. Noise: loss of information Eavesdropping: infromation leaks to Eve, i.e. loss of information! Shannon s noisy (channel) coding theorem: CC AAAA CC AAAA If CC AAAA -CC AAAA > 0 then PRIVACY AMPLIFICATION 12
BB84
BB84 First generation: Single photons used as qubits. Challanges: generation and detection of single photons. 2018.04.12. 14
Eavesdropping attempt 2018.04.12. 15
BB92
2018.04.12. 17
Non-idealistic quantum channel Eavesdropping results in non-zero BER (bit error ratio) Practical quantum channels like optical fibers or freespace suffer from noise which causes non-zero BER. How to distinguish Eve form the noise? The increase in BER by Eve s action has to be observed! 2018.04.12. 18
Quantum Key Distribution 2. Generation Continous Variable QKD
Alapötlet 2. generációs rendszerünk Demodulator modulator Alice Bob 2018.04.12. 20
Egyeztetési fázis (reconciliation) Forward: Aliz küld Bobnak klasszikus információt. Éva a közvetlenül Aliztól megszerzett kvantum állapotokra vonatkozóan tud információt szerezni a klasszikus kommunikáció megfigyelésével. Reverse: Bob küld Aliznak klasszikus információt. Bob az Aliztól kapott zajos mintákra vonatkozóan küld információt a klasszikus kommunikáció során. Nő Éva bizonytalansága. 21
Átültetés a mérnöki gyakorlatba
Ahogy mi kulcsszétosztunk Mérnökök, fizikusok, hallgatók BME HIT (2 csoport) BME TTK Fizika Tanszék Wigner FKI BME SZHVT Kvantumkommunikáció az 23
2018.04.12. 24
Ahogy mi kulcsszétosztunk 2015/1 2014 2015/2
Összefonódás alapú Probléma: 2018.04.12. 26
QKD MEGOLDÁSOK 28
Történelmi áttekintés Optikai kábel 1989/91 30 cm 1993 1100 m 1995 23 km 2007 67 km 2016 404 km Szabad légkör 1996 75 m 1998 1 km 2001 2 km 2002 10 km 2007 144 km Miért pont műhold? 29
Entanglement based experiment 2017 Submarine cable Prof. Rupert Ursin 2018.04.12. 30
Biztató jelek - szabadtér 1991 első megvalósítás, 30 cm-es távon laboratóriumi körülmények között: 205 méter külső körülmények között: 75 méter 1998 Los Alamos National Laboratory, 950 méteres táv, éjszakai körülmények 2002 ugyanez a kutatólaboratórium demonstrálta 10 kilométeres távon (9,81 km), nappali és éjjeli időszakban is 2006 144 km nemzetközi kutatócsoport 2015 folytatódó munka 31
Irány az űr 2017: Quantum Experiments at Space Scale (QUESS) Ground distance of 7,500 km Bell-teszt Teleportálás Kvantumkommunikáció a 32
QuESS Miért pont műhold? 33
2018.04.12. 34
Aleady on the market 2018.04.12. 35
Challenges Only point-to-point links are available with limited distances. Already deployed commercial fibers are appropriate! How to increase the distance? Amplification! But the NO-cloning theorem 2018.04.12. 36
Challenges How to reach multiple users? Switching/routing, multi-casting! But the NO-cloning theorem 2018.04.12. 37
Entanglement swapping Repeated teleportation Entanglement purification/destillation is needed to eliminate the noise introduced by repeated teleportation i.e. to regenerate perfect entangled pairs between the endpoints. Problem: quantum memories are required! 2018.04.12. 38