Ekert91 (E91)

يُنشئ مصدر مركزي زوجاً متشابكاً، ويرسل جسيماً إلى أليس والآخر إلى بوب. بالنظر إليهما بشكل فردي، كل نتيجة قياس عشوائية. لكن لأن الجسيمات متشابكة، فإن نتائج أليس وبوب مترابطة بقوة.

الهدف هو نفسه BB84: تريد أليس وبوب الانتهاء بمفتاح سري مشترك لا يمكن لمتنصت معرفته دون أن يُلاحظ. الفرق هو من أين يأتي الأمان. في E91، يأتي مباشرة من الترابطات التي ينشئها التشابك الكمومي.

عندما تقيس أليس وبوب كيوبتاتهما في نفس الأساس، نتائجهما تتطابق في كل مرة. إذا قاست أليس 0، يقيس بوب 0. إذا قاست أليس 1، يقيس بوب 1. لا يتحكم أي طرف بالنتيجة، لكن النتائج مترابطة تماماً.

عندما يقيسان في أساسين مختلفين، النتائج لا تتوافق بأي طريقة قابلة للاستخدام. تلك الجولات لا فائدة منها لتوليد المفتاح وتُرمى.

لكل جولة، يُنشأ زوج متشابك جديد. تستقبل أليس جسيماً واحداً؛ يستقبل Qubi الخاص بك الآخر. أنت وأليس تختاران بشكل مستقل أساس قياس، أساس Z أو أساس X.

عندما يصادف أن تختارا نفس الأساس، نتائجكما تتطابق تماماً. تلك الجولات تصبح بِتات لمفتاح سري مشترك. عندما تختلف أساساتكما، تُرمى الجولة.

بعد جولات كثيرة، تعلن أليس علناً الأساس الذي استخدمته لكل واحدة. تقارن اختيارات الأساس عبر قناة عامة وتحتفظ فقط بالجولات التي تطابقت فيها أساساتكما. ما تبقى هو مفتاح عشوائي مشترك.

لاحظ الفرق عن BB84: أليس لم تُحضّر كيوبتاً بنفسها أبداً. ظهر المفتاح من قياسات على حالات متشابكة مشتركة. لا طرف يتحكم بالبِتات في المفتاح، ومع ذلك يتشاركانه.

افترض أن إيف تعترض الجسيمات المسافرة إلى بوب. تحاول قياسها، ثم تُمرّر بدائل للأمام للحفاظ على المظاهر.

تواجه إيف مشكلة. قياس جسيم متشابك يُخل بالنظام المتشابك نفسه. لا يمكنها استخراج المعلومات بصمت مع الحفاظ على الترابطات الكمومية الأصلية.

تتحقق أليس وبوب من هذا بمقارنة علنية للنتائج من مجموعة فرعية صغيرة من جولات الأساس المتطابق. إذا بدت الترابطات مثالية، لم يستمع أحد، ويستخدمان بقية الجولات كمفتاح. إذا كانت الترابطات ضعيفة، يُرمى المفتاح ويبدآن من جديد.

هذه هي بالضبط نفس الفكرة التي شغّلت اختبار CHSH لبِل. التشابك القوي يُنتج ترابطات لا يستطيع متنصت تقليدي تزييفها. الترابطات الضعيفة تعني أن أحداً كان يلمس الكيوبتات.

يحل BB84 وE91 نفس المشكلة بطرق مختلفة:

لا تستطيع ميكانيكا الكم إرسال الرسائل أسرع من الضوء، ولا تستطيع فعل كل ما قد يريده مشفّر. لكنها يمكنها إنشاء ترابطات لا يستطيع أي نظام تقليدي إعادة إنتاجها، وتلك الترابطات كافية لتوزيع مفتاح سري بأمان.