第31話 量子暗号(後編)

これまでの話
第1話 量子の夜明け
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第28話 ユニタリ変換 unitary transformation
第29話 量子暗号(前編)
第30話 量子暗号(BB84-protocol)

アリスが送った情報をイブが盗聴した場合はどうなるのでしょうか？

アリスはHVかSTかを発信しないので盗聴者イブもボブと同様に５０％の確率で誤ります。例えばアリスがHVで送ったビットをイブが誤ってSTで送ってきたと思って盗み見たとするとイブはSTと思っているのでイブは
|S>か|T>
をボブに返さなければなりません。もし何も返さなければボブは盗聴があったかもしれないと察知してしまいます。しかしイブは誤った情報を５０％の確率でボブに送ってしまう事になります。
何も知らないボブはHVかSTで読み取る事になります。

ボブとアリスが照合した時一致率は５０％の半分の２５％になっています。やはりここでも盗聴を察知します。

アリスが１ビット（０）を送信

ボブはHVかSTか不明なので５０％の確率で誤る。

STだと思った場合

なので観測した瞬間にどれかに収束します。ボブはビット（０）またはビット（１）を５０％で判断する事になりますが結果的には測定が異なっているので採用しないビットになります。なのでボブはアリスの送った情報を５０％だけ正しく認識します。

そこでイブが盗聴を行ったとするとイブもボブ同様にHVかSTか不明なのでやはり５０％の確率で誤ります。

もしSTだと思った場合、観測した瞬間に|S>か|T>のどれかに収束します。
イブは盗聴がばれないように何事もなかったかのように送信しなければなりませんがイブは既に観測してしまっているので状態は|S> か |T> に収束してしまっています。なのでボブに送る情報は|S> か |T>のどれかになります。５０％の誤った情報をボブは受け取ります。ボブは受け取った情報を５０％の確率で決定するので後で照合すると２５％しか一致しません。このため盗聴されたと気がつきます。

言ってみれば

盗聴者イブが盗聴した瞬間に元の量子状態は壊れてしまう

ためイブの存在は発覚してしまいます。つまり

第3者に情報が渡ると壊れてしまう性質から量子暗号の安全性は完璧

と思われます。しかし、もしイブが盗聴する直前の状態（状態遷移する前のオリジナル）をコピーして複製した方を観測してオリジナルをボブに何事もなく送ったらどうでしょうか？結局、量子暗号キーはイブに読まれてしまうのでしょうか？
しかしどうやらこれも不可能らしいのです（この辺については次回で）。