自从量子计算和现代密码学诞生以来,几十年来一直保持着高效的合作关系。一方面,得益于 Shor 算法 [Sho94],(大规模) 量子计算机可用于破解许多广泛使用的基于因式分解和离散对数难度的密码系统。另一方面,量子信息和计算帮助我们实现了原本不可能实现的加密任务,例如量子货币 [Wie83] 和生成可证明的随机性 [Col09、VV12、BCM+18]。量子密码学中的另一颗明珠是 Bennett 和 Brassard [BB84] 发现了一种无条件安全的密钥交换协议。也就是说,他们为传统上必须依赖于未经证实的计算假设的加密任务实现了信息论安全性。简而言之,他们利用量子态的不可克隆性(量子力学的基本原理)实现了这一点。更引人注目的是,他们的协议对量子资源的使用率极低,因此已在实践中应用于非常远的距离 [ DYD + 08 , LCH + 18 ]。这与大规模量子计算形成了鲜明对比,后者的可能性仍在积极讨论中。Bennett 和 Brassard 的开创性工作为密码学领域提出了一个诱人的可能性:
BB84协议是由Charles H. Bennett和Gilles Brassard于1984年在印度的IEEE会议上提出的。该技术采用亚原子颗粒的量子特征来产生机密密钥。钥匙的位嵌入唯一光子的极化状态。bb84使用光子的四个极化状态,即水平(0°或H极化),垂直(90°或V极化),对角线(+45°)和抗二齿(-45°)。这种方法依赖于两个至关重要的量子力学原则,即不确定性原理和无键的定理,从而提高了其安全性和可靠性。这是因为在不检测光子状态的情况下无法访问以光子状态编码的信息,从而导致其破坏。同样,根据“无关定理”,不可能在不检测到的情况下创建相同的量子状态的相同副本,因此任何试图以未经授权的方式获取访问钥匙的窃听器(称为EVE)将被暴露。这是由于她不能
A. BB84协议和无条件安全查理·贝内特(Charles H.在此协议中,两个主角爱丽丝和鲍勃使用两个通信通道:一个量子通道和另一个经典通道。量子通道允许必须非常弱的量子对象传输量子效应。窃听者,即夏娃,尽管量子通道的性质限制了她的动作,但应该完全访问此量子通道。这些量子对象的制备方式是,夏娃暂定获取信息将根据量子力学诱导,通过扰动爱丽丝和鲍勃可以通过经典通道比较通信来衡量的信号。
抗碰撞散列是现代密码学的基本原语,它确保没有有效的方法来找到产生相同哈希值的不同输入。此属性支撑着各种加密应用程序的安全性,因此了解其复杂性至关重要。在经典环境中,这个问题的复杂性是众所周知的,需要 Θ( N 1 / 2 ) 次查询才能找到碰撞。然而,量子计算的出现带来了新的挑战,因为量子对手——具备量子查询的能力——可以更有效地找到碰撞。Brassard、Høyer 和 Tapp [ BHT98 ] 以及 Aaronson 和 Shi [ AS04 ] 确定,全尺寸量子对手需要 Θ( N 1 / 3 ) 次查询才能找到碰撞,这促使需要更长的哈希输出,这会影响安全所需密钥长度的效率。本文探讨了噪声中尺度量子 (NISQ) 时代的量子攻击的影响。在这项工作中,我们研究了三种不同的 NISQ 算法模型,并为所有算法实现了严格的界限:
摘要 :研究了光放大器存在时经典信号对多芯光纤(MCF)中量子密钥分发(QKD)的影响。首先,基于先进的非对称发送或不发送QKD(SNS-QKD)和经典的Bennett–Brassard 1984-QKD(BB84-QKD),提出了QKD与经典信号的长距离同时传输架构,并且可以根据需求调整光放大器之间的段长。然后,基于所提出的架构建立了自发拉曼散射噪声和四波混频噪声的理论模型。接下来,推导了经典信号噪声影响下安全密钥速率的计算模型。最后,实验结果表明,理论模型与实验光子吻合良好,实验与模拟噪声光子之间最大差异小于2.6 dB。仿真结果表明,当经典信号和量子信号在MCF的不同芯层中传输时,非对称SNS-QKD架构的性能优于BB84-QKD架构。
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很多时候,计算机科学和计算机科学领域形成了不同的学术界。编写计算机程序也是编写操作的问题,这样执行程序就可以计算出有用的结果,并且可以在实践中实现。现代计算机理论在 20 世纪 20 年代发展起来,用来解释在无穷小尺度上观察到的波-飞点对偶,而数字计算机在随后的几十年中出现,取代了用于繁琐计算的普通计算机。在第二次世界大战期间,计算机在战时密码学中发挥了重要作用,而计算机药物对于曼哈顿计划中使用的核武器至关重要。1980 年,保罗·贝尼奥夫 (Paul Benioff) 引入了计算机图灵机,它使用计算机理论来描述简化的计算机。在 1984 年的一篇论文中,查尔斯·贝内特 (Charles Bennett) 和吉尔斯·布拉萨德 (Gilles Brassard) 将计算机理论应用于密码协议,并证明了计算机密钥分发可以增强信息安全性。一些研究人员认为,嘈杂的中规模量子计算机(NISQ)在不久的将来可能会有特殊用途,但量子门中的噪声限制了它们的可信度。近年来,公共和私营部门对量子计算研究的投资有所增加。