Anton Kozubov osallistui kolmanteen jaksoon, teoreettinen ryhmä . Keskustelimme hänen työstään ja alan erityispiirteistä.
Ääniversio: · · · · .
Kuvassa:
Muutama sana alan erityispiirteistä
Aikakoodi -
: Sikäli kuin tiedän, käsittelet erittäin erikoistuneita aiheita.
Anton: Kyllä, tällainen mielipide on olemassa, mutta yritämme siirtyä perustavanlaatuisempiin asioihin. Vaikka yhä useammat ihmiset ovat kiinnostuneita kvanttisalauksen alasta, se ei ole kuumin tieteenala. Täällä on hyvä pohja, mutta tekniikka on jo saavuttanut suunnitteluvaiheen.
Kaikki alkoi kehittyä viime vuosisadan 80-luvulla, ja tieteellisten standardien mukaan on kulunut melko paljon aikaa. Tiedemiehet ovat siirtyneet teoriasta ja kokeista todellisiin malleihin ja täysin toimiviin laitteisiin. Tällaisia järjestelmiä on ollut pitkään Sveitsissä, jossa ID Quantique toimii. Ne käynnistettiin vuonna 2005 tai 2006, ja tällä vuosikymmenellä alettiin toimittaa kvanttisalausjärjestelmiä sveitsiläisille ja itävaltalaisille pankeille. Tämä ei ole enää tulevaisuuden tekniikkaa.
Jäljellä on vielä monia kysymyksiä tällaisten järjestelmien salaisuuden todistamisesta. Tätä teemme eniten tällä alalla. Mutta perusperiaatteet on jo päätelty.
Dmitri: Voitko kertoa meille, mikä sai asiantuntijat tutkimaan tätä alaa yksityiskohtaisesti? Miten he kuvailivat kohtaamiaan alkuperäisiä ongelmia ja haasteita?
Anton: Se on hauska tarina. Kuten tieteessä aina tapahtuu, aloimme tutkia aihetta yksinkertaisesti siksi, että siitä tuli kiinnostava. Mitään erityistä tavoitetta ei ollut. Tuolloin uskottiin, että tämä oli ehdottoman turvallinen tiedonsiirtomenetelmä, ja tuolloin se oli todella edistynyt. Tietoturvan aihe nousi yhä ajankohtaisemmaksi, mutta tämän lisäksi tulimme myös siihen tulokseen, että on mahdollista luoda uudenlainen tietokone erilaisilla kvanttiefekteillä. Heillä on varsin mielenkiintoisia ominaisuuksia, mukaan lukien kyky murtaa olemassa oleva salaus.
Dmitri: Suojelukysymyksiä on noussut esiin ennenkin, esimerkiksi kylmän sodan aikana. Mutta oliko tämän alan alku lähellä suhteellisen massaverkkojen syntymistä?
Anton: Olet oikeassa. Asiaa voi tarkastella myös tästä näkökulmasta. Mutta hauska asia on, että kvanttisalauksen alan löysi kaksi ihmistä, jotka olivat enemmän sukua IT-alaan. He esittelivät ensimmäisen työnsä, jossa kuvattiin perusperiaatteet, IT-konferenssissa. Joten kyllä, se tulee sieltä.
Dmitri: Miten päädyit tälle alalle? Mikä oli motivaatiosi?
Anton: Suoraan sanottuna se oli samanlainen - se oli mielenkiintoista. Mutta aluksi en perehtynyt kvanttisalaukseen. Alkoi kanssa . Kävi ilmi, että tämän aiheen ongelmat eivät olleet niin oleellisia laboratorion tarpeisiin, joten siirryin kvanttisalaukseen. Mutta yhden asian tekeminen ei ole erityisen mielenkiintoista, ja on myös monia toisiinsa liittyviä aloja, joten emme voi puhua toimintamme erittäin erikoistuneesta luonteesta.
Mahdollisuuksia läheisten alojen tutkijoille
Aikakoodi -
Dmitri: Päälle voimme sanoa, että tähän aiheeseen liittyy melko rajoitettu joukko ihmisiä. Voitko arvioida alasi asiantuntijoiden määrää? Vai onko se edelleen hyvin suljettu klubi?
Anton: Se on suljettu, mutta vain sen suhteellisen eliittiosassa. Maailmassa on paljon ihmisiä, jotka ovat mukana kvanttitietoteoriassa sen eri ilmenemismuodoissa. Minulla ei ole aavistustakaan kuinka arvioida heidän lukumääränsä, mutta konferenssissa oli ehdottomasti yli kolmekymmentä henkilöä.
Mielestäni tämä ei ole edes tuhannesosa kaikesta. Monet ihmiset menevät, koska tämä on yksi edistyneimmistä tieteenaloista. Kaikilla johtavilla instituuteilla on kvanttitietoteoria tai kvanttioptiikka ja siihen liittyvät asiat. Toinen kysymys on, kuinka moni ihminen on uppoutunut sellaiseen erikoistuneeseen markkinarakoon, joka todistaa kvanttisalausjärjestelmien vahvuuden.
Tämä yhteisö on pienempi, mutta silti laaja. Kaikki konferenssiin osallistuneet eivät olleet alan johtavia asiantuntijoita. Niitä on noin sata eri puolilla maailmaa. Todisteita kvanttisalausjärjestelmien vahvuudesta ilmaantui äskettäin, 2000-luvun alussa. Tällä alalla työskentelevät ovat aiemmin tehneet muita asioita. Esimerkiksi kvanttioptiikka, perustutkimus. Ne ovat edelleen relevantteja. He tulivat alueellemme fysiikasta.
On myös niitä, jotka tulevat klassisesta informaatioteoriasta tai matematiikasta. Arvioitaessa todisteita vastustuskyvystä erityyppisillä entropioilla on ratkaiseva rooli. Missä muualla niitä käytetään - termodynamiikassa. Ihmiset, jotka ymmärtävät kuinka kvanttientropiat toimivat informaatioteoriassa, voivat soveltaa tietämystään kvanttitermodynamiikkaan. Yksi alan johtavista tutkijoista, Renato Renner Zürichistä, opiskelee siellä kvanttiinformaatioteoriaa ja pitää Santa Barbarassa luentoja kvanttitermodynamiikasta.
Mitä haasteita yhteiskunta kohtaa?
Aikakoodi -
Dmitri: Mitä kysymyksiä käsittelet tänään? Mitkä ovat eturintamassa olevat haasteet? Mikä nyt edustaa sitä rimaa, jota on siirrettävä pidemmälle?
Anton: Voimme puhua tästä kahdesta eri puolelta. Sovellettu osa on mielestäni vähemmän kiinnostava. Kvanttiavainjakelu on jo saavuttanut teollisen mittakaavan, mutta jokainen haluaa ymmärtää, kuinka he voivat varmistaa, että he ovat tekemisissä kvanttijakauman kanssa, ei jostain muusta. Tätä varten laitteet on sertifioitava, joten erikoisstandardien kehittäminen on yksi suurimmista ongelmista maailmassa teknisen osan lisäksi. Suurin osa alan johtavista tutkijoista suuntaa ponnistelunsa tähän.
Toinen toimintamme näkökohta on todiste järjestelmien kestävyydestä. Klassinen salaus perustuu olettamukseen, että hyökkääjällä ei yksinkertaisesti ole tarpeeksi laskentatehoa tietojen salauksen purkamiseen, kun se on vielä voimassa. Mutta voi hyvinkin olla, että tällaiset oletukset eivät aina pidä paikkaansa, joten meidän on siirryttävä toiseen tietosuojaparadigmaan - varmistaaksemme, että salauksen purkukyky ei muutu ajan myötä.
Teemme kvanttiavainten jakelua. Tämä tarkoittaa, että jaamme avaimen, jota tarvitaan tietojen salaamiseen. Tällainen avain voidaan varastaa, mutta yritämme ottaa käyttöön paradigman, jossa tämä ei ole mahdollista. Jos sen jakelun aikana joku hyökkää kanavallemme, huomaamme sen aina. Tämä on kvanttisalauksen klassisen paradigman perusta. Tämä saavutetaan käyttämällä yksittäisiä fotoneja.
Niillä on kolme ominaisuutta. Nämä ovat minimaalisia energian osia, niitä ei voi jakaa ja sitten esimerkiksi vahvistaa. Niitä ei voi kopioida. Tuntematonta kvanttitilaa ei voi kopioida, koska sitä varten se on mitattava, eikä sitä voida tehdä kvanttitilaa tuhoamatta. Kun mittaamme sen, se romahtaa.
Näiden ominaisuuksien ansiosta voit tarkastella hyökkääjän - kutsumme häntä Eveksi (salakuuntelijasta) - kykyjä eri näkökulmasta. Sanomme, että annamme Eevalle kaiken, mikä on mahdollista fysiikan lakien rajoissa. Kvanttimuisti, ihanteelliset ilmaisimet - meillä ei ole edes lähellä tätä, mutta annamme sille sellaisia mahdollisuuksia. Ja vaikka tämä mielessä, sanomme, että hän ei saa keskeisiä tietoja tietämättämme sitä. Tälle kvanttisalauksen paradigma rakennettiin alun perin.
Mutta tämä kaikki on hyvä niin kauan kuin puhumme yksittäisistä fotoneista. Yksittäisten fotonien lähteet ovat kuitenkin melko oikeita, hitaita ja kalliita, joten kukaan ei käytä niitä tässä prosessissa. Kaikki käyttävät vaimennettua lasersäteilyä.
Dmitri: Ja miten tämä verrataan kiinteistöihin, joista puhuit?
Anton: Muuttaa kestävyyden osoittamisen paradigmaa ja lähestymistapaa. Tämä on edelleen toteuttamiskelpoinen tehtävä, mutta paljon vaikeampi. Tilanteessa, jossa käytämme jotain, mikä ei ole aivan sitä, mitä ihanteellisissa olosuhteissa tarvitsisimme, nimittäin koherentit heikentyneet tilat, meidän on otettava tämä huomioon pysyvyystodistuksissamme. Teemme näin, ja koko maailma on menossa tähän suuntaan.
Dmitri: Otetaanko tämä lähestymistapa huomioon viestintäkanavan päissä olevat laitteet?
Anton: Aluksi kvanttiavainten jakamisessa käytettiin likiarvoja, kuten ajatusta, että Eeva ei pääse Liisen ja Bobin laatikoihin, vaan hänellä on pääsy vain viestintäkanavaan. Tämä ei ole kovin käyttökelpoinen arvio. Nykyään on kvanttihakkerointia. Hän kertoo, että optisessa kuidussa tai kvanttikanavassa on täysin mahdollista muuttaa "asetuksia" valotuksen avulla.
Tämä suunta on otettu huomioon sertifiointiasioissa. Meillä on Moskovassa suuri laboratorio, jossa työskentelee Vadim Makarov, luultavasti maailman kuuluisin "kvanttihakkeri". Muissa maissa he tekevät tätä erittäin aktiivisesti. Tätä olin tavoittelemassa. Se, kuinka Eve pääsee laatikoihimme, on enemmän insinööriongelma. Pidin itseäni tiedemiehenä, joten on mielenkiintoista katsoa Eevaa eri näkökulmasta. Tutki esimerkiksi, kuinka hän voi päästä viestintäkanavaan ja varastaa kaiken meidän huomaamattamme. En halua työskennellä hyvien poikien, Alice ja Bob, hyväksi, vaan tutkiakseni mahdollisia hyökkäyksiä kvanttiavainten jakelujärjestelmiin.
Lyhyt johdatus kvanttihakkerointiin
Aikakoodi -
Dmitri: Voitko kuvailla tällaisten hyökkäysten ominaisuuksia?
Anton: Yleisesti hyväksytyt ominaisuudet on jaettu kolmeen luokkaan. Man-in-the-middle -hyökkäykset ovat samanlaisia kuin klassiset man-in-the-middle (MITM) -hyökkäykset. Toinen tyyppi on abstraktimpi, kun Eeva jollakin tavalla vuorovaikuttaa kvanttikanavamme jokaisen paketin kanssa ja tallentaa tällaisen vuorovaikutuksen tuloksen sen kvanttimuistiin. Sen jälkeen hän odottaa, että Alicen ja Bobin suorittamat toimenpiteet sopivat, saa vielä enemmän tietoa, ottaa mittauksia ja niin edelleen. Nämä ovat kollektiivisia hyökkäyksiä, mutta on olemassa kolmaskin tyyppi - vielä abstraktimpi. Siihen lisätään todellisten parametrien arviointi.
Toisen tyyppisessä hyökkäyksessä oletetaan, että Alice ja Bob jakavat äärettömän määrän bittejä keskenään. Todellisuudessa tämä on mahdotonta, ja heti kun mennään äärellisiin volyymiin, tilastollisia vaihteluita alkaa ilmetä. He saattavat pelata Eevan käsissä. Johdonmukaisissa hyökkäyksissä otetaan huomioon myös resurssien rajallisuus. Tämä on monimutkainen asia, eikä kaikilla kvanttiavaimen jakeluprotokollalla ole niin kattavaa turvallisuutta.
On tärkeää ymmärtää, että lähetämme avainbittejä ja muodostamme avaimia. Se, miten käytät niitä edelleen, on sinun. Tässä tulee esiin kryptografiaongelmat. Jos otat nykyaikaiset algoritmit, kuten epäsymmetrisen salauksen, pelkän näiden avainten avulla, siitä ei ole hyötyä. Ainoa tapa varmistaa vastus on salausalusta. Silloin ei ole kysymyksiä, mutta tätä varten sinun on luotava avaimet joka kerta ja vaihdettava ne jokaiselle viestille. Tämä on monimutkainen prosessi.
Kvanttiavainjakauman ydin on, että voimme varata kaikille Even hyökkäyksille sellaisen määrän hajautettuja bittejä, jotka vain Alice ja vain Bob tietävät. Eve ei tiedä hänestä. Tämä on työmme päätavoite. Mutta olen kiinnostunut keksimään tällaisia hyökkäyksiä, jotta Alice ja Bob luottavat turvallisuuteensa ja Eve järjestäisi kaiken siten, että suoja ohitetaan.
Et voi vain ottaa sitä häiritsemättä kollegoitasi
Aikakoodi -
Dmitri: Osoittautuu, että tällainen eturintamassa oleva työ voi helposti kumota kansainvälisen yhteisön kollegoiden tulokset?
Anton: Ta, Kanadan seminaarissa, josta puhuit, on juuri kyse. Siellä sanoin, että juuri näin teimme, mikä aiheutti negatiivisuuden tulvan. Se on selitettävissä. Ihmiset ovat tehneet tiedettä XNUMX vuotta, ja sitten joku tulee ja sanoo, että heidän tulokset eivät olleet täysin oikeita. Se myös osoittaa, kuinka se tehdään oikein. Se oli minusta erittäin ylimielistä. Mutta uskon, että pystyimme tekemään hyökkäyksen, jota monet eivät edes harkitse tai ota huomioon.
Dmitri: Voisitko puhua siitä ja kuvailla sitä ainakin yleisellä tasolla?
Anton: Toki. Hassua on, että tämä on kaappaus-ja eteenpäin -hyökkäys – yksinkertaisin, mitä voit ajatella. Vain se on hieman muunneltu ja monimutkainen, kuten sanoisin. Nykyään, kun tarkastellaan todisteita pysyvyydestä, ihmiset sanovat, että kaikki kvanttikanavat kuvaavat vain tiedon uudelleenjakoa Alicen, Bobin ja Eevan välillä.
Tärkeää on, että tässä tapauksessa kaikki kvanttitilojen mittaukset tapahtuvat tämän jakauman jälkeen. Ehdotamme kvanttikanavan kuvaamista siten, että se sisältää ulottuvuuden, jonka suhteen tilat muuttuvat ja joutuvat Bobille. Suhteellisesti sanottuna meillä on jotain keskellä kanavaa, se yrittää erottaa tilat, mitä se erottaa, se lähettää Bobille, mitä se ei erottaa, se estää. Siten kaikki, mikä Bobille tulee, on Eevan tiedossa. Se tuntuisi itsestään selvältä ajatukselta, mutta jostain syystä kukaan maailmassa ei puhu siitä.
Dmitri: Ja näytit teoreettisen mahdollisuuden suorittaa tällainen hyökkäys.
Anton: Kyllä, puhuin tästä Torontossa. Kävimme erittäin kiivaita keskusteluja ihmisten kanssa, jotka ovat työskennelleet tällä alalla niin kauan kuin olen elänyt. Se oli mielenkiintoinen, erittäin hyödyllinen kokemus.
Miksi on tärkeää olla kiirettämättä julkaisemaan suojausmenetelmiä
Aikakoodi -
Dmitri: Käyttääksemme perusanalogiaa viruksen ja virustorjuntaohjelman kanssa, toiminta-alasi ja konseptisi sisältää T-muotoisen prosessin, joka on poissa peräkkäisen kilpailun liikeradalta. Voimmeko sanoa, että tällainen lähestymistapa luo uusia ongelmia, ja ne on ratkaistava muilla tasoilla, eikä vain yhdellä, kuten nyt?
Anton: Erittäin oikeudenmukainen kysymys. Minun täytyy olla selvä tässä. Tietysti olen enemmän kiinnostunut keksimään tapoja hyökätä. Mutta me kaikki työskentelemme kvanttiavainten jakelun parissa, saamme siitä palkkaa, emmekä todellakaan halua laittaa pinnoja omiin pyöriimme. Se on loogista. Kun keksit uuden hyökkäyksen kvanttiavainten jakelujärjestelmiä vastaan, olisi mukavaa keksiä jonkinlaisia vastatoimia. Teimme sen, löysimme tavan käsitellä sitä. Se ei ole kaikkein triviaalisin, mutta se on olemassa. Tällaisia ongelmia on mahdollista kattaa, mutta toinen kysymys on, että kun ihmiset eivät puhu ongelmista, on selvää, että he eivät ota niitä huomioon. Tämä tarkoittaa, että heillä ei ole vastatoimia.
Kuvassa:
Dmitri: Onko tämä lähestymistapa jonkinlainen sanaton koodi yhteisössäsi?
Anton: Kyllä, mutta mielestäni ei ole oikein tarjota ratkaisua. On tärkeää ottaa asia esille. Sitten joku voi löytää sivuratkaisuja sen lisäksi, mitä sinulla on. Jos julkaiset kaiken kerralla, ihmiset ottavat sen, mikä on valmiina, eikä ajattelua synny.
Dmitri: Onko sitten turvallista sanoa, että ratkaisusi voi olla jotain beta-versiota ja jossain hihassasi voi olla jotain vielä kiinnostavampaa, jonka olet tallentanut itsellesi?
Anton: Ehkä.
Hieman vuorovaikutuksesta sääntelyorganisaatioiden kanssa
Aikakoodi -
Dmitri: Tämä alue on herättänyt kaikenlaisten sääntelyviranomaisten ja tiedustelupalvelujen huomion. Viekö tämä kaikki aikaa minkään kehityksen koordinoinnissa?
Anton: Erittäin hyvä kysymys! Yritän vastata siihen mahdollisimman väljästi. Tämä vie huomattavan osan ajasta, joka voitaisiin käyttää todella tieteellisiin projekteihin. Mutta ymmärrän miksi se on tärkeää.
Dmitri: Aivan kuten sertifioinnissa, josta puhuimme aiemmin. Et yksinkertaisesti voi palkata avustajaa, joka kommunikoi puolestasi. Pitääkö tutkijoiden selittää vivahteet suoraan kaikille sääntelyorganisaatioille ja auttaa heitä selvittämään se?
Anton: Kyllä, juuri näin. Tämä on oikea lähestymistapa. Kukaan ei voi selittää paremmin kuin sinä itse, mitä teit. Jos et voi tehdä tätä, herää kysymyksiä saavutuksiesi todellisuudesta. Mutta jos olisi mahdollisuus tehdä vain tiedettä, tekisin mieluummin vain tiedettä. Mutta kaikki tämä on tärkeä osa työtämme, jota myös teemme.
Dmitri: Onko sinulla aikaa henkilökohtaisiin projekteihin?
Anton: Monimutkainen ongelma. Löydämme aikaa ja teemme sivuasioita. Nämä ovat perustavanlaatuisempia ongelmia. Otetaan esimerkiksi kvanttiteleportaatio – esimerkiksi valmistelemme julkaisua tästä aiheesta. Otamme muita ongelmia, jotain kvanttioptiikasta, kvanttiinformaatioteoriasta. Nämä ovat mielenkiintoisia asioita. Yritämme löytää aikaa, koska elämä ilman sitä on täysin tylsää. On mahdotonta käsitellä paperityötä yksin. Meidän on myös tehtävä tiedettä.
Perustieteen ja soveltavan tieteen erosta
Aikakoodi -
Dmitri: Jos yrität arvioida alasi muutosnopeutta, tieteellisten julkaisujen määrää. Miten se vaikuttaa työhösi ja kiinnostukseesi vastaavia toimialoja kohtaan?
Anton: Alueemme on kuuma aihe. Artikkeleita on tulossa hurja määrä. Jopa todella relevanttien artikkeleiden määrä on valtava. Niitä kaikkia on vaikea jäljittää, se on yksinkertaisesti mahdotonta.
Dmitri: Onko tästä seurantaprosessista vahva riippuvuus? Vai ovatko projektisi riittävän eristyksissä saavuttaakseen tavoitteen ilman häiriötekijöitä?
Anton: Eristäminen on pikemminkin miinus. Kun haudutat omassa mehussasi, lakkaat huomaamasta virheitä. Saatat ajatella, että teet kaiken oikein, mutta jossain hiipii perustavanlaatuinen virhe, joka sinulta puuttuu. On hyvä, kun maailmassa on ihmisiä, jotka tekevät samanlaisia asioita. Jos pystyt saavuttamaan samanlaisia asioita jossain määrin, olet menossa oikeaan suuntaan. Jos tulokset eroavat, tämä on syy keskustella ja selvittää, kuka on oikeassa.
Dmitri: Mutta työ tapahtuu suhteellisen suljetussa ihmispiirissä? Eivätkö nämä ole satoja ihmisiä?
Anton: Reilua, mutta ei aina. Ryhmässämme on kolme henkilöä mukana todistamassa sinnikkyyttä: minä, kollegani ja tieteellinen ohjaajamme. Jos otamme laajemmat alueet - kvanttioptiikka, informaatioteoria - meitä on viisi. Jos puhumme kvanttiavainten jakelujärjestelmistä, Moskovassa, Novosibirskissä ja Kazanissa on ihmisiä. Mutta Euroopassa ja Yhdysvalloissa nämä ovat suuria teoreettisia ryhmiä.
Dmitri: Mikä on ominaista tälle mittakaavaerolle?
Anton: Nämä ovat erilaisia tapoja kehittää tiedettä. Meidän omamme eroaa eurooppalaisesta. Tiede kulkee täällä soveltavan tutkimuksen polkua, jota tarvitaan ja olennaista juuri nyt. En tuomitse tätä lähestymistapaa, mutta en pidä sitä kovin tieteellisenä. Minuun tekee enemmän vaikutuksen länsimainen - selkeä ero perus- ja soveltavan tieteen välillä. Kun ei juuri nyt tarvitse vaatia mitään käytännön tuloksia perustieteeltä. Siksi se on perustavanlaatuista, jotta ei käsitellä sovellettavia asioita.
Erityisesti paluu Zürichiin. Tämä on suuri instituutti, joka käsittelee yksinomaan perustutkimusta. Ihmiset tutkivat asioita, jotka selittävät meille maailmankaikkeuden perusasiat ja auttavat meitä ymmärtämään niitä paremmin. He tulevat sinne, koska sitä he haluavat tehdä. Meille kiinnostukseen liittyy tarve, tarve tehdä jotain muuta tällä hetkellä. Siksi havaitsemisessa ja kehityksessä on tällainen ero. Nämä ovat kaksi täysin erilaista polkua.
Dmitri: Riippuuko tämä tarve valvovan organisaation suunnitteluhorisontista, tiedeyhteisöstä vai jostain muusta?
Anton: Tätä säätelee se, kuka jakaa rahat. Se, joka maksaa, soittaa sävelen. Näemme paljon kiinnostusta laitteiden hankkimiseen tässä ja nyt. Euroopassa on perustutkimukseen suunnattuja rahastoja. Se riippuu niistä, jotka antavat rahaa.
Muut jaksot podcastistamme Habréssa:
Lähde: will.com