Использование квантовых случайных блужданий Паррондо для шифрования


Доцент Кан Хао Чеонг и его исследовательская группа из Сингапурского университета технологии и дизайна (SUTD) решили применить концепции квантового парадокса Паррондо в поисках рабочего протокола для полуклассического шифрования. В недавнем Письмо об исследовании Physical Review, команда опубликовала статью «Хаотическое переключение для игр Паррондо с квантовыми монетами с приложением к шифрованию» и обнаружила, что хаотическое переключение для игр с квантовыми монетами Паррондо имеет те же основные идеи и рабочую динамику, что и шифрование.

Парадокс Паррондо — это феномен, когда переключение двух проигрышных игр приводит к выигрышному исходу. В двухсторонней игре с подбрасыванием квантовых монет, представленной авторами, они показали в предыдущей работе, что случайное и определенное периодическое подбрасывание двух квантовых монет может превратить ожидаемую позицию квантового ходока из проигрышной в справедливую и выигрышную соответственно. В такой игре квантовому ходунку дается набор инструкций о том, как двигаться в зависимости от результата подбрасывания квантовой монеты.

Вдохновленный основополагающими принципами этой квантовой игры, Джоэл Лай, ведущий автор исследования из SUTD, объяснил: «Предположим, я представлю вам результат квантового ходока в конце 100 подбрасываний монет, зная начальное положение. скажите мне последовательность бросков, которые приводят к такому окончательному результату? » Оказывается, эта задача может быть как очень сложной, так и очень простой. Лай добавил: «В случае случайного переключения практически невозможно определить последовательность бросков, которые приводят к конечному результату. Однако для периодического броска мы могли бы довольно легко получить последовательность бросков, потому что периодическая последовательность имеет структуру и является детерминированным «.

Случайные последовательности имеют слишком большую неопределенность, с другой стороны, периодические последовательности детерминированы. Это привело к идее включения хаотических последовательностей в качестве средства переключения. Авторы обнаружили, что использование хаотического переключения через заранее сгенерированную хаотическую последовательность значительно улучшает работу. Для наблюдателя, который не знает части информации, необходимой для генерации хаотической последовательности, расшифровка последовательности бросков аналогична определению случайной последовательности. Однако для агента с информацией о том, как генерировать хаотическую последовательность, это аналогично периодической последовательности. По мнению авторов, эта информация о генерации хаотической последовательности уподобляется ключам в шифровании. Зная только ключи и конечный результат (то есть зашифрованное сообщение), этот результат можно инвертировать, чтобы получить исходное состояние квантового ходока (то есть исходное сообщение).


Доцент Чеонг, старший автор исследования, заметил: «Введение хаотического переключения в сочетании с парадоксом Паррондо расширяет область применения парадокса Паррондо от простого математического инструмента, используемого в квантовой информации для классификации или идентификации начального состояния и конечного состояния. Результатом является тот, который имеет реальные инженерные приложения. Чеонг добавил: «Разработка полностью реализуемой квантовой хаотической игры Паррондо может также улучшить нашу полуклассическую структуру и предоставить решения для решения некоторых проблем, с которыми все еще сталкивается квантовое шифрование».