УБЫВАНИЕ КОСОЙ ИНФОРМАЦИИ В КВАНТОВЫХ ИЗМЕРЕНИЯХДоказано, что косая информация под действием неселективных квантовых измерений, которые не возмущают сохраняющуюся наблюдаемую, убывает.Выдвинута и доказана в случае двумерных квантовых систем гипотеза о том, что косая информация также убывает в результате селективных квантовых измерений.
УБЫВАНИЕ КОСОЙ ИНФОРМАЦИИ В КВАНТОВЫХ ИЗМЕРЕНИЯХДоказано, что косая информация под действием неселективных квантовых измерений, которые не возмущают сохраняющуюся наблюдаемую, убывает.Выдвинута и доказана в случае двумерных квантовых систем гипотеза о том, что косая информация также убывает в результате селективных квантовых измерений.
Косая информация была введена Вигнером и Янасе в контексте квантовых измерений. Позднее было признано, что косая информация, помимо своего изначального значения как меры информационного содержания состояний, допускает также несколько интерпретаций, носящих более физический и теоретико-информационный характер. В настоящее время эта величина нашла много применений в квантовой информации. Интригующей и тонкой особенностью косой информации является использование в ней квадратного корня из вектора квантового состояния (оператора плотности). С помощью сравнения косой информации с некоторыми ее естественными модификациями раскрываются математические, а также физические причины использования квадратного корня. Далее косая информация применяется для количественной оценки асимметрии квантовых состояний по отношению к представлениям группы.
Цель работы состоит в анализе и разработке уточненной классификации угроз безопасности информации для классических, гибридных и квантовых систем в условиях роста вычислительной мощности квантовых устройств. Методы исследования: системный анализ и классификация существующих векторов атак и их влиянии на криптографическую стойкость, а также стратификация рисков по характеру воздействия и характеру возникновения с учетом архитектурных особенностей информационных систем. Результаты исследования: предложена классификация угроз в виде таблицы, демонстрирующая специфические риски для трех типов информационных систем: классических, гибридных и квантовых. Установлено, что случайные угрозы, обусловленные шумами и ошибками измерений, требуют не меньшего внимания, чем преднамеренные атаки. Практическая значимость заключается в возможности использования полученной классификации для усовершенствования критической информационной инфраструктуры, повышению устойчивости государственных и коммерческих систем к серьезным киберугрозам, а также определению требований к информационным системам. Научная новизна: сформирована уточненная классификация автоматизированных информационных систем (АИС) и выполнена стратификация угроз информационной безопасности в связи с развитием квантовых информационных технологий, при этом выделив два новых класса АИС: гибридные и квантовые АИС. Практическая значимость: предложенная классификация АИС и стратификация угроз информационной безопасности с учетом появления новых квантовых угроз безопасности позволяет более точно оценить риски и сформировать комплексные требования к системам защиты информации перспективных информационных систем при синтезе квантово-устойчивых АИС, включая цифровые платформы и блокчейн-экосистемы, обеспечив тем самым заблаговременное внедрение квантовых алгоритмов, постквантовых алгоритмов, а также алгоритмов квантового распределения ключей.
В статье обсуждается значимость в современном информационном обществе информационных ресурсов, требующих надежных методов защиты от НСД. Рассматривается структура и основные принципы технологии квантовой криптографии на основе свойств квантовых систем. Теоретическая разработка была экспериментально реализована авторами на установке для многоканальной сети передачи данных. Предложен метод повышения уровня информационной безопасности и защиты конфиденциальной информации путем квантовой телепортации на квантовых каналах лазерной связи.
В последние годы большой интерес к одноквантовым системам регистрации вызван интенсивным развитием такого направления защиты информации, как квантовая криптография. Наиболее часто методы квантовой криптографии применяют для защиты оптических каналов связи. В этом случае передача секретного ключа осуществляется состояниями отдельных фотонов. Для приема секретного ключа используют системы одноквантовой регистрации. К таким системам предъявляют достаточно высокие требования по быстродействию, уровню собственных шумов и темновых импульсов, вероятности ошибочной регистрации фотона. Необходимо отметить, что в настоящее время отсутствуют достаточно полно разработанные модели фотоэлектрических явлений в лавинных фотоприемниках (ЛФП), работающих в режиме одноквантовой регистрации. Физические процессы, вносящие вклад в формирование характеристик ЛФП в режиме одноквантовой регистрации, недостаточно изучены. Также не разработаны способы и устройства, позволяющие передавать и принимать информацию оптическими сигналами малой интенсивности, содержащими в среднем от одного до десяти фотонов в импульсе. Поэтому в предлагаемой диссертационной работе выполнены исследования фотоэлектрических процессов в кремниевых лавинных фотоприемниках, работающих в режиме одноквантовой регистрации, а также разработаны способы и устройства приема и передачи оптической информации отдельными фотонами, обеспечивающие конфиденциальность информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи.
ИЗМЕРЕНИЯ В КВАНТОВОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ НЕРЕЛЯТИВИСТСКОЙ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ *) У. Лэмб Рассмотрение идеализированных экспериментов показывает, что физические измерения в квантовой механике разбиваются на три этапа: приготовление исходного состояния, возмущение и определение вероятности того, что будет достигнуто определенное конечное состояние.Что такое квантовая механика?Для меня было особой удачей то обстоятельство, что я смог поставить этот вопрос во время конференции физиков -нобелевских лауреатов, происходившей в Линдау в 1968 г., где присутствовали два основоположника квантовой механики -Гейзенберг и Дирак.Вопрос был задан тридцать лет спустя после открытия квантовой механики на лекции, где присутствовало еще и четыреста студентов, только-только начавших изучать этот предмет.На поставленный вопрос можно ответить по-разному.Единственный простой и легкий ответ состоит в том, что квантовая механика представляет собой науку, обеспечивающую нас удивительным набором правил расчета определенных физических свойств вещества.Для таких простейших систем, как атом водорода или атом гелия, вычисленные уровни энергии с фантастической точностью совпадают с уровнями, определенными экспериментально.В более сложных случаях вычисления гораздо труднее и точность результатов уже не столь велика, но есть все основания думать, что (по крайней мере в принципе) теория окажется адекватной, если только удастся преодолеть вычислительные трудности.Когда пытаются интерпретировать квантовую механику на любом другом уровне, интерпретация неизбежно становится довольно туманной.Главное затруднение связано с представлением об «измерении», которое в квантовой механике означает определение значений наблюдаемых физических величин с наибольшей возможной точностью.Я читал курс квантовой механики для студентов на протяжении двадцати лет в Колумбийском, Стэнфордском, Оксфордском и Йельском университетах.Почти всегда к вопросу об измерениях я подходил следующим образом.В начале курса лекций я говорил студентам: «Сначала вы должны освоить правила вычислений в квантовой механике.Потом я расскажу вам о теории измерений и постараюсь раскрыть смысл того, что подразумевается под измерениями».Почти всегда случалось так, что время, отведенное на лекции, заканчивалось до того, как я успевал выполнить свое обещание.Действительная же причина нехватки времени состояла в том, что я чувствовал, что даже наиболее приемлемые варианты изложения вопроса о квантовомеханических измерениях были либо слишком расплывчаты, либо слишком формальны и лишены *) W. Lamb, Operational Interpretation of Nonrelativistic Quantum Mechanics, Phys.Today 22, 23 (1969).Автор статьи Уилли Лэмб удостоен Нобелевской премии 1955 г. за открытие, которое теперь известно под названием «лэмбовского смещения».Статья написана на основе лекции, прочитанной 3 июля 1968 г. на 6-й конференции лауреатов Нобелевских премий в Линдау (ФРГ).Такие конференции созываются регулярно, один раз в три года.Перевод В. А. Угарова.
Показано, что недавно установленная полунепрерывность снизу квантовой условной взаимной информации влечет за собой свойство (на самом деле эквивалентна свойству) полунепрерывности снизу потери квантовой (условной) взаимной информации под действием локальных каналов, рассматриваемой как функция на декартовом произведении множества всех состояний составной системы и множеств всех локальных каналов (наделенных топологией сильной сходимости). Рассмотрены некоторые приложения этого свойства. Получены новые условия непрерывности квантовой взаимной информации и сжатой сцепленности (squashed entanglement) как в двухчастичных, так и в многочастичных бесконечномерных системах. Доказано, в частности, что многочастичная сжатая сцепленность любого счетно неразложимого сепарабельного состояния с конечными маргинальными энтропиями равна нулю. Установлены специальные свойства непрерывности прироста информации квантового измерения с квантовой дополнительной (side) информацией и без нее, которые могут быть интерпретированы как устойчивость этих величин по отношению к возмущениям измерения и измеряемого состояния.