Research Article

Algorithme quantique efficace pour la cryptographie post-quantique

DOI:

10.3791/68934

November 14th, 2025

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ce protocole décrit l’implémentation d’une « cryptographie basée sur le code » avec un circuit quantique explicite pour une cryptographie quantique efficace avec une grande clé asymétrique en utilisant l’arithmétique quantique avec la transformation de Fourier quantique.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La réalisation d’ordinateurs quantiques pourrait affecter considérablement la société et la sécurité mondiale à bien des égards. Un nombre considérable de recherches ont porté sur la cryptographie quantique - des machines qui exploitent les sensations quantiques informatisées pour résoudre des problèmes mathématiques inaccessibles aux ordinateurs conventionnels. La 6e génération florissante de « l’informatique quantique » peut briser et menacer une grande partie de la protection et de l’économie numérique actuellement établies, mais peut fournir des alternatives cryptographiques. Ainsi, nous sommes en mesure d’optimiser plus efficacement divers processus, d’améliorer l’efficacité et de permettre des simulations mécaniques quantiques plus rapides pour une meilleure conception de médicaments et de matériaux, entre autres applications. Cette recherche se concentre sur la mise en œuvre d’un algorithme cryptographique post-quantique en connectant la multiplication quantique de grands nombres à un générateur de nombres aléatoires quantiques (QRNG). Une approche cryptographique basée sur un code utilisant une transformation de Fourier quantique (QFT) est utilisée avec une clé asymétrique géante dans un circuit quantique explicite pour établir un système de communication quantique sécurisé. Dans ce travail de recherche, un « texte brut » (données classiques) a été chiffré avec QRNG à l’aide d’un multiplicateur quantique à l’aide de l’arithmétique quantique. Par conséquent, les données quantiques résultantes avec les données QRNG seront transmises à l’extrémité du récepteur via le canal quantique, où le diviseur quantique les décrypte. De plus, les résultats de la simulation IBM Qiskit de chaque composant prévu et l’analyse comparative avec les travaux et algorithmes précédents suggèrent une plus grande robustesse et fiabilité de l’algorithme de preuve quantique proposé lorsque l’on considère des dispositifs quantiques de grande taille qubit. Les travaux fournissent une orientation précieuse pour de futurs développements dans ce domaine et ouvrent la voie à de futures applications de l’informatique quantique dans la cryptographie post-quantique.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le calcul quantique est basé sur des bits quantiques (qubits), qui diffèrent fondamentalement des bits classiques. Alors qu’un bit classique ne peut exister que dans l’état 0 ou 1, un qubit peut représenter 0, 1 ou n’importe quelle superposition linéaire des deux états simultanément. Cette propriété permet aux systèmes quantiques de stocker et de traiter un grand nombre de valeurs en parallèle plutôt que séquentiellement. Lors de la mesure, le qubit s’effondre dans un état défini, fournissant le résultat de calcul. Le parallélisme inhérent au traitement quantique offre une accélération significative, les estimations suggérant que les ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cet article utilise l’algorithme, en utilisant l’arithmétique quantique et la transformation de Fourier rapidequantique 13, pour déchiffrer le message en divisant le texte chiffré par la clé symétrique. L’objectif principal de cette étude est de démontrer l’implémentation quantique de la cryptographie basée sur des clés symétriques en générant une clé aléatoire, en utilisant un algorithme de multiplication de grande taille et en effectuant un grand nombre de divisions sur l’environnement IBMQ v1.7.4. La figure 1 illustre le processus de bout en bout pour la mise en œuvre du chiffre....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tous les composants du circuit mentionné ci-dessus (Figure 1) ont été implémentés à l’aide de code Python (fichiers supplémentaires 1-3) avec IBM Qiskit et exécutés sur un simulateur local et IBMQ. Cependant, ils ne sont pas en mesure de s’exécuter sur des dispositifs quantiques en raison du manque de qubits librement disponibles dans les dispositifs quantiques existants. La sortie de l’histogramme dans les .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le succès du protocole de cryptographie quantique proposé repose sur trois étapes critiques : la génération quantique de nombres aléatoires (QRNG), les opérations arithmétiques quantiques utilisant la transformation de Fourier rapide quantique (QFFT et QIFFT), et le brassage et le remaniement des clés quantiques. L’étape QRNG établit la base de la sécurité en générant des clés symétriques véritablement aléatoires3. Les opérations arithmétiques, exécutées à l’aide .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ce travail a été soutenu par le projet de soutien aux chercheurs de l’Université Princess Nourah bint Abdulrahman (PNURSP2025R755), Université Princess Nourah bint Abdulrahman, Riyad, Arabie saoudite. Les auteurs sont reconnaissants au décanat des études supérieures et de la recherche scientifique de l’Université de Bisha d’avoir soutenu ce travail par le biais du programme de soutien à la recherche accélérée.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
GPU A100NVIDIAGPU 80G
ibm_brisbaneIBMhttps://quantum.ibm.com/L’ordinateur quantique supraconducteur de la famille IBM Quantum Eagle.
python3.10Fondation Python Softwarehttps://www.python.org/downloads/release/python-3100/
QiskitIBMhttps://www.ibm.com/quantum/qiskitUn SDK open source pour travailler avec des ordinateurs quantiques au niveau des circuits quantiques étendus, opérateurs et primitives.

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Quantum cryptography in practice. Elliott, C., Pearson, D., Troxel, G. Proc Conf Appl Technol Archit Protocols Comput Commun, 2003, 227-238 (2003).
  2. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing. Bennett, C. H., Brassard, G. Proc IEEE Int Conf Comput Syst Signal Process, 1 (1), 175-179 (1984).
  3. Techateerawat, P. A review on quantum cryptography technology. Int Trans J Eng Manage Appl Sci Technol.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Quantum AlgorithmPost Quantum CryptographyQuantum ComputingQuantum CryptographyQuantum Fourier TransformationQuantum Random Number GeneratorQuantum MultiplicationQuantum CircuitQuantum CommunicationIBM Qiskit

Related Articles