АЛГОРИТМ СИНХРОНИЗАЦИИ СТАНЦИЙ АВТОКОМПЕНСАЦИОННОЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КВАНТОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧА С РАЗБИЕНИЕМ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ НА УЧАСТКИ С УБЫВАЮЩЕЙ ДЛИНОЙ
Предложен алгоритм синхронизации станций системы квантового распределения ключа с разбиением волоконно-оптической линии связи на участки с убывающей длиной. Рассмотрен принцип работы данного алгоритма, перспективы его применения. Установлено, что с ростом номера участка время анализа последнего уменьшается, следовательно, наблюдается снижение среднего числа импульсов темнового тока, что повышает вероятность успешной синхронизации системы в целом. Благодаря тому, что время между тестированиями превышает время восстановления однофотонного лавинного фотодиода, предлагаемый алгоритм обеспечивает снижение времени вхождения в синхронизм.
Предложен алгоритм синхронизации станций системы квантового распределения ключа с разбиением волоконно-оптической линии связи на участки с убывающей длиной. Рассмотрен принцип работы данного алгоритма, перспективы его применения. Установлено, что с ростом номера участка время анализа последнего уменьшается, следовательно, наблюдается снижение среднего числа импульсов темнового тока, что повышает вероятность успешной синхронизации системы в целом. Благодаря тому, что время между тестированиями превышает время восстановления однофотонного лавинного фотодиода, предлагаемый алгоритм обеспечивает снижение времени вхождения в синхронизм.
В статье рассматривается способ увеличения длины волоконно-оптического канала связи квантово-криптографической системы. Так же в статье рассматривается техническая сторона физического ограничения длины волоконно-оптической линии связи: проведен расчет, анализ и визуализация в виде графиков ключевых зависимостей видности и квантового коэффициента ошибки от длины волоконной линии связи. Способом, рассматриваемым для увеличения длины волоконно-оптического канала связи, является установка квантового повторителя в квантовую криптосистему.
Целью написания данной статьи является оценка потенциальных угроз для кибербезопасности, вызванных развитием квантовых алгоритмов. В тексте работы осуществляется анализ существующих квантовых алгоритмов, таких как алгоритм Шора и алгоритм Гровера, и исследуется возможность их потенциального применения в контексте взлома существующих криптографических систем. Методология проводимого исследования заключается в анализе литературы, а также рассмотрении основных принципов функционирования квантовых вычислителей и потенциала реализации квантовых алгоритмов, способных влиять на безопасность как симметричных, так и асимметричных криптографических схем. Кроме того, в исследовании анализируются перспективы создания криптографических алгоритмов, способных противостоять атакам с применением квантовых технологий. На основе анализа существующих квантовых алгоритмов и их потенциального воздействия на широко распространенные в настоящее время криптографические системы, авторы исследования приходят к выводу, что на текущий момент отсутствуют убедительные основания для констатации реальной возможности взлома ассиметричных или симметричных криптографических алгоритмов в ближайшее время в контексте квантовых вычислений. Однако, учитывая постоянное развитие квантовых технологий, а также необходимость сохранения конфиденциальности сведений, актуальность которых с течением времени не будет претерпевать значительное снижение, и необходимость обеспечения защиты конфиденциальной информации в будущем, требуется разработка и активное внедрение квантово-устойчивых криптографических методов для обеспечения конфиденциальности информации в долгосрочной перспективе. The purpose of this article is to assess potential threats to cybersecurity arising from the development of quantum algorithms. The text analyzes existing quantum algorithms, such as Shor's algorithm and Grover's algorithm, and explores the possibility of their potential application in the context of compromising existing cryptographic systems. The research approach includes a literature review and examination of core mechanisms underlying quantum computers, along with assessment of their capability to perform algorithms potentially affecting various cryptographic systems, both symmetric and asymmetric. Additionally, the paper discusses the prospects for developing quantum-resistant cryptographic algorithms aimed at protecting against cryptanalysis using quantum computations. Based on the analysis of existing quantum algorithms and their potential impact on widely used cryptographic systems, the authors of the study conclude that, at present, there is no compelling evidence to assert the real possibility of compromising asymmetric or symmetric cryptographic algorithms in the near future within the context of quantum computations. However, considering the ongoing development of quantum technologies and the necessity of maintaining the confidentiality of information, the relevance of which will not significantly diminish over time, as well as the need to ensure the protection of confidential information in the future, there is a requirement for the development and active implementation of quantum-resistant cryptographic methods to ensure information confidentiality in the long term.
Статья посвящена анализу фундаментальных принципов квантовых вычислений: квантовый бит, суперпозиция, основные квантовые элементы. Актуальность работы обоснована тем, что ряд задач не может быть решен с помощью классических вычислительных машин. В результате поиска решения данной проблемы возникла квантовая информатика. В данной статье рассматривается возможность создания программы, позволяющей моделировать квантовые вычисления, а именно, квантовый алгоритм Саймона на классическом компьютере. Квантовый алгоритм Саймона, позволяет определить период некоторой функции за линейное количество вызовов этой функции.
Предложен алгоритм обнаружения синхросигнала в системе квантового распределения ключа на основе сравнения суммарного числа зарегистрированных однофотонных импульсов (ОФИ) и импульсов темнового тока (ИТТ) в смежной паре сегментов с пороговым уровнем. Исследовано влияние вида распределения (распределение Пуассона, распределение Гаусса) потока отсчетов ОФИ и ИТТ на вероятностные характеристики алгоритма. Использование распределения Гаусса целесообразно при необходимости быстрого анализа, для более точного анализа используется распределение Пуассона.
В работе рассматривается алгоритм обратного распространения ошибки, адаптированного для квантовых нейронных сетей. Основное внимание уделено разработке и модификации традиционного метода обратного распространения ошибки для его применения в условиях квантовой природы данных. Анализируются теоретические аспекты, связанные с квантовыми состояниями,суперпозицией и запутанностью, а также их влияние на эффективность и корректность обучения квантовых сетей. Обоснована актуальность математического алгоритма, включая использование матриц плотности и квантовых операторов для описания и оптимизации параметров сети. Проведено экспериментальное моделирование предложенного подхода на наборах квантовых данных, которое показало высокую точность и стабильность предложенного метода. Обсуждаются ограничения алгоритма, связанные с шумами в квантовых системах и вычислительными затратами при увеличении числа кубитов. Полученные результаты демонстрируют потенциал применения разработанного алгоритма для задач оптимизации и обучения квантовых моделей, что открывает новые перспективы для дальнейшего развития квантового машинного обучения и создания гибридных классико-квантовых алгоритмов. The paper considers the algorithm of error back propagation adapted for quantum neural networks. The main attention is paid to the development and modification of the traditional method of error back propagation for its application in conditions of quantum nature of data. Theoretical aspects related to quantum states, superposition and entanglement, as well as their influence on the efficiency and correctness of training of quantum networks are analyzed. The relevance of the mathematical algorithm,including the use of density matrices and quantum operators to describe and optimize the network parameters, is substantiated. Experimental modeling of the proposed approach on quantum data sets is carried out, which showed high accuracy and stability of the proposed method. The limitations of the algorithm related to noise in quantum systems and computational costs with increasing number of qubits are discussed. The results demonstrate the potential of the developed algorithm for optimization and training of quantum models, which opens new perspectives for further development of quantum machine learning and creation of hybrid classical-quantum algorithms.
Актуальность исследования обусловлена предстоящим широким внедрением квантовых технологий в существующую информационно-телекоммуникационную инфраструктуру. Эффективное внедрение невозможно без предварительного анализа и обоснования достаточности и безопасности систем квантового распределения ключей. Это в свою очередь предполагает исследование и формализованное сравнение аппаратных архитектур, положенных в основу этих систем. Эффективным инструментом для решения последней задачи является компьютерное моделирование. Цель состоит в исследовании и систематизации типовых аппаратных архитектур систем квантового распределения ключей, их моделировании и верификации созданных моделей. Объектом являются практические архитектуры систем квантового распределения ключей. Методы: математическое описание оптических систем на основе формализма Джонса, имитационное моделирование в среде Simulink Matlab. Результаты. Реализована имитационная модель типовой системы квантового распределения ключей, использующей архитектуру Plug-n-Play. Корректность модели показана путём демонстрации толерантности к искажениям поляризации при передаче в волоконно-оптическом канале связи. Созданные модели оптических компонентов в Simulink могут использоваться для построения моделей систем других архитектур.