Исследователи разработали способ проверить истинное расположение удалённого устройства, не опираясь на его собственные координаты. Две проверяющие станции, расположенные в 2 км друг от друга, подтвердили положение устройства с погрешностью 74,3 м, совместив квантовую оптику с физическим ограничением скорости света.

Квантовый протокол решает иную задачу, чем GPS. Спутниковая навигация вычисляет координаты, но может быть обманута ложным сигналом. Новый подход не заменяет GPS, а независимо проверяет — мог ли ответ действительно прийти из указанной точки.

В эксперименте две станции расположены по разные стороны от устройства. Одна отправляет слабый квантовый световой импульс, обе одновременно передают классическую цифровую информацию. Устройство должно выбрать правильный способ измерения квантового состояния и немедленно вернуть результат.

Станции проверяют правильность ответа и время его возврата. Квантовая физика затрудняет перехват и воспроизведение переданного состояния без обнаружения, а теория относительности запрещает сообщникам обмениваться информацией быстрее света. Устройство в другом месте либо ошибётся при измерении, либо превысит допустимое время ответа.

Задержка напрямую переводится в погрешность координат: каждая дополнительная наносекунда увеличивает неопределённость на 30 см. При максимальной задержке ответа 247,8 нс достигнута точность 74,3 м. Квантово-оптическая часть системы работала с ошибкой 0,27%.

Исследователи использовали слабые когерентные световые импульсы вместо сложных источников одиночных фотонов. Такие импульсы генерируют обычные лазеры, и их интенсивность легко регулируется для компенсации потерь в оптическом тракте. Классические данные передавались на нескольких длинах волн параллельно, вычисления выполняло специализированное оборудование с задержкой менее 118 нс.

Классические методы проверки местоположения без дополнительного секрета уязвимы для ретрансляции: два злоумышленника перехватывают запросы с разных сторон и пересылают их дальше, создавая впечатление, что устройство находится между станциями. В квантовом варианте такой обмен намного сложнее — атакующему одновременно приходится работать с квантовым состоянием и соблюдать жёсткие временные ограничения.

Авторы не утверждают полную защиту от любого квантового противника. Расчёты показывают, что для использованной конфигурации атакующему пришлось бы постоянно поддерживать вспомогательные квантовые ресурсы на частоте около 10 МГц. Если считать таким ресурсом квантовую запутанность, требуемый уровень превышает возможности современных систем более чем на два порядка. Исследователи отмечают, что это предположение требует более строгого анализа безопасности.

Практическое применение ограничивают расстояние, потери света и задержки оборудования. Текущая точность 74,3 м позволяет подтвердить нахождение объекта в пределах здания или охраняемой зоны, но не достигает точности смартфонной навигации. Исследователи планируют увеличить дистанцию и снизить задержки.

В будущем квантовую верификацию предлагают использовать как дополнительный уровень безопасности. Сервер сможет разрешать доступ к важным данным только устройству внутри определённого помещения, платёжная система подтвердит физическое присутствие клиента на месте, логистика подтвердит прибытие груза. Такой подход дополняет GPS отдельным ответом на вопрос: можно ли этим координатам доверять.