Исследовательская группа под руководством академика Го Гуанцана из Китайского университета науки и технологий, в составе Хань Чжэнфу, Чэнь Вэя, Инь Чжэньцяна, Ван Шуана и их сотрудников, объединив фундаментальные принципы квантовой механики с релятивистскими пространственно-временными ограничениями, реализовала квантовое защищённое позиционирование с доказуемой безопасностью, позволяющее достоверно верифицировать местоположение цели и предоставляющее новый технический путь для обеспечения безопасности информации о местоположении в современных информационных системах. Соответствующие результаты исследований были недавно опубликованы онлайн в международном научном журнале Nature Physics.
Информация о местоположении является одним из базовых элементов, поддерживающих деятельность человека. Надёжная верификация истинного местоположения цели позволяет системе позиционирования не только определять, где находится цель, но и судить о достоверности её местоположения, тем самым придавая информации о местоположении новые функции, такие как идентификация личности и безопасные учётные данные, что может обеспечить безопасность в таких важных сценариях, как коммерческие сделки, аварийно-спасательные операции и общественная безопасность.
Однако в рамках классических технологий злоумышленник может подделать своё местоположение путём копирования, пересылки классической верификационной информации и скоординированного отклика. Квантовая информация, следуя таким квантово-физическим принципам, как невозможность клонирования, в сочетании с релятивистскими пространственно-временными ограничениями позволяет реализовать верификацию местоположения с информационно-теоретической безопасностью. Однако эта схема предъявляет чрезвычайно жёсткие требования к потерям при передаче, системным ошибкам и задержке отклика, и долгое время не получала экспериментального подтверждения.
Источник изображения: Китайский университет науки и технологий
Исследовательская группа разработала теоретический протокол квантового защищённого позиционирования, ориентированный на реальные экспериментальные условия, и на его основе впервые осуществила полную экспериментальную верификацию. Сначала группа разработала безопасный протокол на основе слабых когерентных состояний, что значительно повысило устойчивость реальной системы к потерям. Для решения проблемы ошибок при подготовке квантовых состояний группа дополнительно разработала схему подготовки квантовых состояний на основе Sagnac-интерферометра с микро-сборным кольцевым разветвителем, снизив коэффициент ошибок квантовых битов до 0,27%.
С другой стороны, в силу релятивистских пространственно-временных ограничений задержка отклика системы напрямую связана с точностью квантового защищённого позиционирования. Для этого группа разработала такие ключевые технологии, как многоволновое кодирование интенсивности, передача по полому оптическому волокну с низкой задержкой и высокоскоростная обработка случайных логических функций, сжав общую задержку системы до порядка сотен наносекунд и достигнув точности позиционирования лучше 75 метров, что соответствует пространственному масштабу отдельного здания. Результаты экспериментов подтвердили осуществимость квантового защищённого позиционирования в реальных условиях и продемонстрировали потенциал производительности для практического применения.
Исследователи отмечают, что этот результат расширяет роль информации о местоположении в современной системе информационной безопасности и открывает новое техническое направление для разработки новых механизмов безопасности и способов обработки информации на основе местоположения.