Mathematik-Links-Quantum-Verschlüsselung und schwarze Löcher

Ein vorgeschlagene mathematischer Beweis, der die Art und Weise umreißt, die Informationen in verschlüsselter Nachrichten verhält sich möglicherweise Auswirkungen auf schwarze Löcher. Der Beweis schlägt vor, dass die Strahlung von schwarzen Löchern ausspucken kann Informationen über den dunklen Giganten beibehalten.

Die Forschung konzentriert sich auf Kommunikation in quantenmechanischen Systemen-Codierung. Sondern es verbindet eine langjährige Frage für Physiker: Was passiert mit all den Sachen, die in ein schwarzes Loch fällt, und ist es möglich, alle Informationen über das schwarze Loch abrufen?

Eine Gruppe von Forschern aus der Schweiz und Kanada, unter der Leitung von Frédéric Dupuis, zeigte, dass es möglich ist, große Nachrichten mit relativ kleinen Quanten-Verschlüsselungsschlüssel zu kodieren, die Tasten sind bestehend aus subatomaren Teilchen oder Photonen. Aber das Ergebnis bedeutet etwas anderes: Wenn jemand Informationen, die verschlüsselte Quantum mechanisch in einer Nachricht zwischen zwei Parteien ist herausziehen konnte, sollte das gleiche Kunststück in der Natur arbeiten. [Verrückte Physik: die coolsten Quantenteilchen erklärt]

Codierung mit Partikeln

Quanten-Verschlüsselung beruht auf der Idee, dass jede Messung vom subatomaren Teilchen ändert sich die Partikel Staaten; die Quantenmechanik sagt, dass diese winzigen Teilchen immer in einem Zustand der Ungewissheit, sind bis eine Messung das Teilchen in einem Staat oder einem anderen schiebt.

Die Folge ist, dass die subatomaren Teilchen als "narrensicher" Schlüssel verwendet werden können, die nur den gewünschten Empfänger eine verschlüsselte Nachricht entschlüsseln können. Wenn jemand versucht, den Schlüssel zu entschlüsseln – durch Abhören der Nachricht, zum Beispiel — die beiden Beteiligten darüber wüsste, und Tasten ändern könnte. Und zwar deshalb, weil jeder Versuch, den Schlüssel zu messen die darin enthaltenen Informationen ändern würde.

Aber diese Sicherheit ist nicht absolut; Es ist möglich, dass ein Lauscher, herauszufinden, was der Schlüssel ist. Mit einer bestimmten Anzahl von Quanten-Bits oder Qubits, aus den Schlüssel, der zum Beispiel ein Dutzend Bits enthalten kann, kann die Nachricht entschlüsselt werden. Bis eine Person eine Schwellenwert Anzahl von Bits erwirbt, ist jedoch die Informationen in der Meldung "gesperrt."

"Können wir die Menge an Informationen in der [Nachricht oder der Schlüssel] rechts, bevor es willkürlich klein entriegelt," sagte Jan Florjanczyck, jetzt an der University of Southern California und einer der Co-Autoren des Papiers.

Um einen Quanten-Schlüssel komplett sicher zu machen, müsste man normalerweise einen Schlüssel verwenden, der so groß ist wie die Nachricht. Da dies praktisch nicht, verwenden Sie Verschlüsselungsschemata alle Tasten, die kleiner als die Nachricht selbst. Beispielsweise ist in primitiven Verschlüsselung, wie eine Chiffre der Schlüssel selbst kurz, während die Nachricht länger ist. (Die "Schweinestall" Chiffre, zum Beispiel, verwendet durch Kinder, 26 Zeichen, welche Ersatzstoffe für einen Brief, während die Nachricht selbst länger werden).

Der Tastaturbefehl kann Muster zu zeigen, dass ein Decoder knacken kann. Moderne Verschlüsselung ist viel komplizierter, aber das Prinzip ist ähnlich.

Das neue Papier von Dupuis und seine Co-Autoren zeigte, dass man immer noch guten Sicherheit auch mit einer relativ kurzen Schlüssel in Quantenkommunikation kann.

Schwarze Löcher-Decodierung

Was bedeutet Quanten-Verschlüsselung mit schwarzen Löchern zu tun haben? Der Schlüsselbegriff ist Informationen.

In Quanten-Verschlüsselung kodiert man Informationen in Quantenzustände. Genauso wie man Quantenzustände um eine Nachricht zu dekodieren messen kann, kann man Quantenzustände zu finden Informationen über ein Objekt messen. Und die grundlegenden Teile der Quanteninformationstheorie gehört, dass solche Informationen nicht zerstört werden kann.

Schwarze Löcher Materie aufsaugen und emittieren eine kleine Menge an Strahlung, genannt Hawking-Strahlung nach Stephen Hawking, wer zuerst das Konzept skizziert. Diese Strahlung nimmt Energie weg von einem schwarzen Loch. Und diese Energie geht mit Masse, da Energie und Masse in der Physik identisch sind. [Die 10 seltsamsten schwarze Löcher im Universum]

Aber ein schwarzes Loch Masse kommt von all den Sachen, die hinein gefallen ist. Das heißt die Photonen als Hawking-Strahlung einige Informationen über das schwarze Loch tragen sollte, weil Quanten-Information kopiert oder zerstört werden kann. Für eine lange Zeit dachte jedoch viele Physiker, gab es keine Möglichkeit, diese Informationen zu entschlüsseln, denn das schwarze Loch "es verschlüsselt hatte". Die Decodierung Feat wäre wie der Versuch, ein Gebäude zu sanieren, die um zu Staub zermahlen worden hatte. Vor kurzem jedoch Wissenschaftler, darunter Hawking, haben ihre Meinung geändert-die Information ist vorhanden, aber man muss nur herausfinden, wie es zu entschlüsseln.

Hier kommt Beweise wie diejenigen von Dupuis und seinen Kollegen ins Spiel. Wenn man "die Informationen in die Quantenzustände von Photonen von einem schwarzen Loch decodieren kann", kann man Abrufen von Informationen zu was auch immer ins Schwarze Loch fallen gelassen wurde. Und ist es möglich, große Nachrichten mit kleinen Tasten zu kodieren, einstellen, wie viele Informationen man braucht um die Nachricht zu entsperren es ist auch möglich zu tun, mit der Quanten-Bits, die aus einem schwarzen Loch zu kommen.

"Wir können nur sagen, dass solche Dekodierungs-Prozess existiert nicht, ob es einfach durchzuführen ist oder ob die Entschlüsselung natürlich passieren könnte," sagte Florjanczyck.

Das heißt, zum Sammeln von Informationen über eine Kaffeetasse, die letzte Woche in ein schwarzes Loch fallen gelassen, müssen beispielsweise eine begonnen haben sammeln Photonen aus der Tasse zurück, wenn es gebildet. Das wäre die einzige Möglichkeit, genügend Informationen, um die Entschlüsselung zu tun bekommen.

"Es ist eine sehr interessante Arbeit," sagte Wolfgang Tittel, Forschung Stuhl in der Quantenphysik gesichert Kommunikation an der University of Calgary in Alberta, Kanada. "Diese Art von Arbeit verbindet die sehr groß, mit sehr kleinen."

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