Основы квантовой криптографии

Offered By: National Research Nuclear University MEPhI via edX

Course Description

Overview

Курс «Основы квантовой криптографии» рассчитан на студентов, обучающихся по бакалаврским и магистерским программам, связанным с защитой информации, и является продолжением курса «Физические основы квантовой информатики». Он состоит из двух частей. Первая часть знакомит слушателей с математическими и физическими принципами квантовых вычислений и с квантовыми алгоритмами, использующимися в криптоанализе. Вторая часть посвящена квантовой связи. Рассматриваются различные протоколы и квантового распределения ключа, квантовой защищенной прямой связи, аутентификации квантовых сообщений и и т.п., а также принципы их физической реализации.

Цель курса состоит в том, чтобы сформировать у студентов общие представления о методах криптографии и криптоанализа, основанных на фундаментальных законах квантовой физики.

Syllabus

Неделя 1. Кубит
Урок 1. Понятие кубита, примеры физических реализаций. Информационная емкость кубитов
Урок 2. Сфера Блоха. Измерение кубита
Урок 3. Однокубитные гейты

Неделя 2. Многокубитные операции и состояния
Урок 4. Двухкубитные гейты, квантовые схемы, перепутанные состояния кубитов
Урок 5. Смешанные состояния кубитов на сфере Блоха

Неделя 3. Квантовые алгоритмы
Урок 6. Принцип работы алгоритма Дойча-Джозса
Урок 7. Квантовые алгоритмы, использующиеся в задачах криптоанализа

Неделя 4. Квантовые компьютеры. Часть 1
Урок 8. Характеристики квантовых компьютеров
Урок 9. Физическая платформа на атомах и атомо-подобных системах

Неделя 5. Квантовые компьютеры. Часть 2
Урок 10. Физическая платформа на сверхпроводящих контурах
Урок 11. Физическая платформа на фотонах

Неделя 6. Протоколы квантового распределения ключа (КРК)
Урок 12. Протоколы КРК, использующие неортогональные состояния
Урок 13. Протоколы КРК, использующие перепутанные состояния

Неделя 7. Физика систем КРК
Урок 14. Варианты кодирования кубитов
Урок 15. Элементы систем КРК: источники фотонов, линии связи, детекторы

Неделя 8. Ошибки в системах КРК
Урок 16. Источники ошибок, классификация атак
Урок 17. Связь количества взаимной информации с уровнем ошибок

Неделя 9. Атаки на системы КРК
Урок 18. Атаки, основанные на ошибках в системах КРК
Урок 19. Атаки, основанные на физических неидеальностях

Неделя 10. Принципы борьбы с PNS и UM атаками
Урок 20. Релятивистский протокол КРК
Урок 21. Протоколы с состояниями-приманками (decoy states)
Урок 22. Протокол SARG04

Урок 23. Протокол КРК, основанный на наборе когерентных состояний

Неделя 11. Современные системы КРК
Урок 24. Системы КРК, основанные на квадратурных измерениях
Урок 25. Существующие промышленные и лабораторные образцы систем КРК

Неделя 12. Передача квантовой информации с использованием перепутанности
Урок 26. Квантовая телепортация
Урок 27. Квантовый повторитель
Урок 28. Квантовая плотная кодировка

Неделя 13. Альтернативные системы квантовой связи
Урок 29. Квантовые протоколы защищенной прямой связи и аутентификация квантовых сообщений
Урок 30. Квантовое хэширование и квантовые деньги
Урок 31. Квантовый генератор случайных чисел

Taught by

Константин Катамадзе