2023, Орлов, М. А., Нечаев, К. А., Резниченко, С. А., Резниченко, Сергей Анатольевич

Целью статьи является исследование возможностей использования квантовых генераторов на базе системы IBM Quantum Experience в решении практических задач. Предметом исследования выступает оценка статистических свойств квантовых последовательностей. Отдельное внимание уделено вопросу применения таких решений в криптографических алгоритмах. Актуальность исследований обусловлена возможностью компрометации ключевой информации в детерминированных алгоритмах генерации случайных последовательностей, а также прогрессом в области квантовых вычислений. В ходе проведённого исследования были рассмотрены принципы формирования квантовых схем, на основе которых сформировано ПО, формирующее квантовые последовательности по заданным параметрам. Исследовались три варианта квантовых схем: одно- и пятикубитная схемы для квантового компьютера IBM Quito и 25-кубитная схема для квантового симулятора. При помощи каждой из схем сформированы последовательности, для которых проведены оценки статистических свойств на базе стандарта NIST SP 800-22. В ходе проведенных исследований было установлено, что случайные последовательности, полученные на квантовом компьютере IBM Quito, не обладают хорошими статистическими свойствами. Такие последовательности не прошли большинство статистических тестов, а также показали распределение, отличное от распределения, полученного на симуляторе. Детерминированная внешняя среда является ключевой проблемой слабых статистических свойств, которая отражается на работе вентилей и измерителей. Степенью негативного воздействия среды определяется качество работы всей квантовой машины. Результаты данной работы могут быть использованы для дальнейших исследований других квантовых машин, а также для повышения качества работы квантового компьютера. Квантовый компьютер потенциально может помочь в расчётах, несопоставимых с возможностями суперкомпьютеров. Последние разработки IBM в калибровке кубитов и работа с квантовыми ошибками будут сильнее приближать возможность их применения в криптографии. Поэтому важным аспектом развития в данном направлении является потенциальное снижение воздействия внешней среды на работу квантового компьютера.