Ekert91 (E91)

중앙 소스가 얽힌 쌍을 만들고, 하나의 입자를 Alice에게, 다른 하나를 Bob에게 보냅니다. 개별적으로 보면 각 측정 결과는 무작위입니다. 그러나 입자가 얽혀 있기 때문에 Alice와 Bob의 결과는 강하게 상관관계가 있습니다.

목표는 BB84와 동일합니다: Alice와 Bob은 도청자가 눈에 띄지 않고는 알아낼 수 없는 공유 비밀 키를 갖기를 원합니다. 차이점은 보안이 어디에서 오는가입니다. E91에서는 양자 얽힘이 만드는 상관관계로부터 직접 옵니다.

Alice와 Bob이 같은 기저에서 자신의 큐비트를 측정하면 결과가 매번 일치합니다. Alice가 0을 측정하면 Bob도 0을 측정합니다. Alice가 1을 측정하면 Bob도 1을 측정합니다. 어느 쪽도 결과를 통제하지 않지만, 결과는 완벽하게 상관관계가 있습니다.

다른 기저에서 측정하면 결과는 어떤 유용한 방식으로도 정렬되지 않습니다. 그 라운드는 키 생성에 쓸모없으므로 버려집니다.

각 라운드마다 새로운 얽힌 쌍이 만들어집니다. Alice는 하나의 입자를 받고, 여러분의 Qubi는 다른 것을 받습니다. 여러분과 Alice는 독립적으로 측정 기저 — Z 기저 또는 X 기저 — 를 선택합니다.

둘 다 우연히 같은 기저를 선택하면 결과가 완벽하게 일치합니다. 그 라운드들이 공유 비밀 키의 비트가 됩니다. 기저가 다르면 라운드는 버려집니다.

많은 라운드 후, Alice는 각각에 대해 어떤 기저를 사용했는지 공개적으로 발표합니다. 여러분은 공개 채널을 통해 기저 선택을 비교하고 기저가 일치한 라운드만 유지합니다. 남은 것은 공유된 무작위 키입니다.

BB84와의 차이점에 주목하세요: Alice는 큐비트를 직접 준비하지 않았습니다. 키는 공유된 얽힌 상태의 측정에서 등장했습니다. 어느 쪽도 키의 비트를 통제하지 않았지만, 그것을 공유합니다.

Eve가 Bob에게 가는 입자를 가로챈다고 가정합시다. 그녀는 그것들을 측정한 후, 외관을 유지하기 위해 대체품을 앞으로 전달합니다.

Eve는 문제에 직면합니다. 얽힌 입자를 측정하는 것은 얽힌 시스템 자체를 교란합니다. 그녀는 원래의 양자 상관관계를 보존하면서 조용히 정보를 추출할 수 없습니다.

Alice와 Bob은 일치하는 기저 라운드의 작은 부분 집합 결과를 공개적으로 비교해 이를 확인합니다. 상관관계가 완벽하면 아무도 듣지 않았고, 그들은 나머지 라운드를 키로 사용합니다. 상관관계가 약하면 키는 버려지고 다시 시작합니다.

이는 CHSH 벨 테스트에 동력을 공급한 것과 정확히 같은 아이디어입니다. 강한 양자 얽힘은 어떤 고전 도청자도 위조할 수 없는 상관관계를 만들어냅니다. 약한 상관관계는 누군가 큐비트를 만지고 있었음을 의미합니다.

BB84와 E91은 같은 문제를 다른 방식으로 해결합니다:

양자역학은 빛보다 빠르게 메시지를 보낼 수 없으며, 암호학자가 원할 모든 것을 할 수도 없습니다. 그러나 어떤 고전 시스템도 재현할 수 없는 상관관계를 만들 수 있으며, 그 상관관계는 비밀 키를 안전하게 분배하기에 충분합니다.