Исследователи из Института квантовых вычислений (IQC) Университета Ватерлоо разработали первое доступное программное обеспечение для оценки безопасности любого протокола квантового распределения ключей (QKD).QKD позволяет двум сторонам, Алисе и Бобу, установить общий секретный ключ путем обмена фотонами. Фотоны ведут себя в соответствии с законами квантовой механики, и законы гласят, что вы не можете измерить квантовый объект, не повредив его. Таким образом, если перехватчик, Ева, перехватит и измерит фотоны, она вызовет помехи, которые обнаруживают Алиса и Боб.
С другой стороны, если нет помех, Алиса и Боб могут гарантировать безопасность своего общего ключа.На практике потери и шум в реализации всегда приводят к некоторому нарушению, но небольшое нарушение подразумевает, что Еве доступно небольшое количество информации о ключе. Определение этого количества информации позволяет Алисе и Бобу удалить ее от Евы за счет длины итогового ключа.
Основная теоретическая проблема в QKD заключается в том, как вычислить допустимую длину этого окончательного секретного ключа для любого данного протокола и экспериментально наблюдаемого нарушения.Для выполнения этого сложного расчета все еще требовался математический подход. Исследователи выбрали численный подход и по практическим соображениям преобразовали расчет ключевой ставки в задачу двойной оптимизации.
«Мы хотели разработать программу, которая была бы быстрой и удобной для пользователя. Она также должна работать с любым протоколом», — сказал Патрик Коулз, научный сотрудник IQC. «Задача двойной оптимизации резко сократила количество параметров, и компьютер сделает всю работу».
В статье «Численный подход к неструктурированному квантовому распределению ключей», опубликованной в Nature Communications, представлены три вывода. Во-первых, исследователи протестировали программное обеспечение по сравнению с предыдущими результатами для известных изученных протоколов. Их результаты полностью совпадали. Затем они изучили протоколы, которые ранее не изучались.
Наконец, они разработали платформу для информирования пользователей о том, как вводить данные с помощью нового протокола в программное обеспечение.«Исследование протоколов QKD до сих пор было сосредоточено на протоколах, которые позволяли трюки выполнять анализ безопасности.
Работа нашей группы теперь позволяет нам исследовать протоколы, адаптированные к технологическим возможностям», — отметил Норберт Люткенхаус, профессор IQC и кафедры доктора физики и астрономии в Университете Ватерлоо.
