Popularyzacja Kwantowej Kryptografii

Celem projektu jest przeprowadzenie warsztatów i zbudowanie eksponatu do demonstracji kwantowych metod szyfrowania. Warsztaty będą realizacją propozycji opisanej w artykule American Journal of Physics 88, 1094 (2020). Technologie kwantowe, dzięki postępom w fizyce doświadczalnej, przechodzą prawdziwy przełom. Przykładem jest zbudowanie długo oczekiwanych prototypów komputerów kwantowych jak IBMQ. Od lat stosowane są kwantowe generatory liczb losowych, urządzenia do kwantowego szyfrowania, a powstają obecnie kwantowe mierniki oraz kwantowe symulatory. Wszystkie te technologie mają w pewnych aspektach prześcignąć ich klasyczne odpowiedniki. Przez lata motorem do rozwoju tej dziedziny był wynik teoretyczny - ogłoszenie algorytmu, który uruchomiony na kwantowych komputerach złamałby najpopularniejsze szyfry używane w komunikacji, takie jak RSA. Z drugiej strony, już od lat 80-tych wiadomo, że nowe, kwantowe metody szyfrowania będą niemożliwe do złamania. Już teraz kwantowa kryptografia jest używana m.in. przez szwajcarskie banki. Mimo potencjału tkwiącego w tych technologiach, wiedza o nich nie jest powszechna, a mechanika kwantowa ma raczej status wiedzy tajemnej. W trakcie niniejszego projektu zostanie zbudowany układ do demonstracji najprostszej metody szyfrowania wykorzystującej zasady mechaniki kwantowej, tzw. protokołu BB84. Protokół opiera się na generacji i przesłaniu klucza szyfrującego za pomocą pojedynczych fotonów, o losowanej polaryzacji. Podczas warsztatów uczestnicy będą modyfikowali układ, generowali klucz szyfrujący, szyfrowali i odszyfrowywali przesyłane wiadomości. W warsztatach zostaną wykorzystane powszechnie dostępne, stosunkowo tanie lasery generujące impulsy wielofotonowe. Nie gwarantuje to pełnego bezpieczeństwa wymiany informacji o kluczu szyfrującym. Część uczestników będzie miała za zadanie wykorzystać tę lukę do przechwycenia wiadomości, uświadamiając wszystkim czego brakuje urządzeni do bycia "kwantowym". Planowane jest zrealizowanie 10 warsztatów, w których będą brały udział grupy 10-15 osób. Elementem niniejszego wniosku jest również stworzenie animacji, która w przystępny sposób ma wyjaśnić czym jest kryptografia kwantowa, protokół BB84 i ewentualnie jego udoskonalenia o stany splątane (algorytm Artura Ekerta).