sciEncE

[알림판목록 I] [알림판목록 II] [글목록][이 전][다 음]
[ sciEncE ] in KIDS
글 쓴 이(By): Convex (4ever 0~)
날 짜 (Date): 2000년 5월  4일 목요일 오후 03시 56분 10초
제 목(Title): In the Quantum World, Keys to New Codes 


In the Quantum World, Keys to New Codes [NYT] 

By JAMES GLANZ
Seven decades ago, Einstein and his scientific allies imagined ways to prove 
that quantum mechanics, the strange rules that describe the world of the very 
small, were just too spooky to be true. 

Among other things, Einstein showed that, according to quantum mechanics, 
measuring one particle could instantly change the properties of another 
particle, no matter how far apart they were. He considered this apparent 
action-at-a-distance, called entanglement, too absurd to be found in nature, 
and he wielded his thought experiments like weapons to expose the strange 
implications that this process would have if it could happen. 

But experiments described in three forthcoming papers in the journal Physical 
Review Letters give a measure of just how badly Einstein has been routed. The 
experiments show not only that entanglement does happen -- which has been 
known for some time -- but that it might be used to create unbreakable codes 
for the secure transmission of bank transactions and diplomatic communiques. 

"It was first considered as pure philosophy," said Prof. Nicolas Gisin, a 
physicist at the University of Geneva, who is a co-author of one of the 
papers. "Now we discuss that these same strange aspects of quantum mechanics 
can be of some use in securing the Internet, let's say." 

The measured properties of entangled particles are, as the name implies, 
fatefully entwined. It is as if two coins, flipped simultaneously again and 
again on opposite sides of the globe, always came out both heads or both 
tails -- even though the sequence was unsurprisingly random. Coins do not act 
this way, but quantum particles can. 

As with many things quantum, the true implications of entanglement are far 
subtler than they at first appear. The process does not, for example, let 
scientists send information instantly from one place to another. 

But it does allow information to be passed in a secure way, since any 
measurement of either particle leaves its trace on the other -- meaning that 
an eavesdropper can always be detected, no matter how clever or technically 
sophisticated. 

That guarantee of safe passage would allow people at any two sites to share 
unbreakable codes using quantum entanglement. The experiments demonstrated 
several versions of this trick, called quantum cryptography. It differs from 
all traditional cryptography, in which great pains are taken to transmit 
codes securely or to make them mathematically hard to crack. But spies, with 
luck or great pains, can and do secretly intercept or crack them. 

"The advantage with quantum cryptography is you don't have to worry about any 
of that," said Dr. Paul Kwiat, a physicist at Los Alamos National Laboratory 
and a co-author of another of the new papers. "If you do it right, you're 
only limited by the laws of quantum physics." 

And Thomas Jennewein of the University of Vienna, lead author on the third 
paper, said that turning those ideas into an off-the-shelf technology was no 
longer unthinkable: "We realized a complete quantum cryptography system, 
almost ready to use." 

Though they all relied on entangled particles of light, or photons, to make 
codes, the experiments each did something a little different to make quantum 
entanglement into a practical tool for cryptographers. 

Mr. Jennewein and his collaborators built a system that generated quantum 
codes very quickly and used them to encrypt the binary string of zeroes and 
ones representing a digital color picture. Then they sent the coded picture 
over an ordinary computer network -- the usual technique -- and decoded it on 
the other side. Dr. Kwiat's team actually caught a simulated eavesdropper 
interposed in a quantum transmission, showing that the idea works, while 
Professor Gisin and co-workers built a system that might be especially 
compatible with existing systems of fiber optics and electronics in the real 
world of telecommunications. 

"They all, with some justification, claim to be the first serious quantum 
cryptography experiments with entangled, two-photon sources," said Dr. 
Charles Bennett, an I.B.M. fellow, who is one of the field's innovators. 

As Einstein discovered, the most problematic aspect of the quantum world is 
simply inducing oneself to believe that it works the way it does. But once 
they are accepted, those strange rules are what make quantum cryptography go. 

According to quantum mechanics, for instance, particles do not have any 
definite properties until they are measured by a detector or observed in some 
other way. Until they are measured, particles can have a sort of potential 
existence in two or more places at once. But once the measurement is made, 
the particle suddenly has an actual existence in only one of those spots -- 
wherever it is detected -- and the other possibilities instantly vanish. 

The same principle holds for the polarization of a photon, the quantum 
carrier of light, which can vibrate both horizontally and vertically or at 
two different diagonal angles, until it is actually measured. Once the photon 
encounters filters that, like Polaroid sunglasses, allow only one 
polarization to pass through, the photon's polarization becomes known and 
definite. 

Quantum entanglement operates in this weird world, linking the potential 
states of two particles. If a laser photon passes through a special 
"nonlinear" crystal, for example, it can split into two photons each with two 
possible polarizations. 

But the photons may be entangled, so that if one is measured and has a 
horizontal polarization, then the other will have that polarization, too. If 
the first one measured has a vertical polarization, the second will also be 
vertical. 

The essence of quantum cryptography involves creating entangled pairs of 
photons and sending each to one of two people, traditionally called Alice and 
Bob, who want to generate and share a secret code. Alice and Bob each measure 
the photons' polarizations using filters set in randomly selected directions. 

Only if both happen to choose the same direction for a particular photon, and 
the entangled photons turn out to be polarized in that direction, are Alice 
and Bob guaranteed a detection on that particular trial. If the photons are 
polarized in the other direction on that trial, both Alice and Bob are 
guaranteed a nondetection. 

So Alice and Bob phone each other on an unsecure line after collecting enough 
photons for their code. They reveal to each other, publicly, their detector 
settings, but not whether they made a detection, in each case. They then use 
only the results of the measurements when they happened to have the same 
settings. (In an actual experiment, Alice and Bob have a pair of detectors 
each so that the photons in question are always captured, though in different 
places.) 

But because of the quantum entanglement effect, they do not need to reveal 
the results of the measurements -- detection or no. They know that they have 
both gotten the same answer. Each detection in those instances becomes a 
binary one, and each nondetection, a binary zero. The sequence, known to Bob 
and Alice but to no one else, becomes the code. 

And what if an eavesdropper, usually called Eve, has tried to intercept the 
photons? Bob and Alice can discover this by comparing just a few of their 
measurements. If they are not virtually all the same, the entanglement has 
been disturbed, and the intruder has been found. 

Dr. Artur Ekert, a theorist at the University of Oxford whose work paved the 
way for the new demonstrations, said, "I think the three papers open a new 
chapter in experimental quantum cryptography." While making the world of 
commerce and espionage more secure, they may also bend all but the most 
resilient of minds. 




--,--`-<@  매일 그대와 아침햇살 받으며 매일 그대와 눈을 뜨고파.. 잠이 들고파..
Till the rivers flow up stream       |        Love is real      \|||/   @@@
Till lovers cease to dream           |        Love is touch    @|~j~|@ @^j^@
Till then, I'm yours, be mine        |        Love is free      | ~ | @@ ~ @@
[알림판목록 I] [알림판목록 II] [글 목록][이 전][다 음]
키 즈 는 열 린 사 람 들 의 모 임 입 니 다.