Chiffrement quantique avec un pad de permutation quantique dans les systèmes IBMQ

Résumé Le pad de permutation quantique ou QPP est un algorithme cryptographique symétrique sécurisé quantiquement proposé par Kuang et Bettenburg en 2020. La fondation théorique du QPP repose sur les représentations algébriques linéaires des portes quantiques, ce qui rend le QPP réalisable aussi bien dans des systèmes quantiques que classiques. En appliquant le QPP avec 64 portes de permutation de 8 bits, détenant une entropie respective de plus de 100 000 bits, nous avons accompli des distributions de nombres aléatoires quantiques numériquement sur l'Internet classique d'aujourd'hui. Le QPP a également été utilisé pour créer des nombres aléatoires pseudo-quantiques et a servi de base pour des chiffres légers de blocs et de streaming sécurisés quantiquement. Cet article continue d'explorer de nombreuses applications du QPP, à savoir, nous présentons une implémentation du QPP en tant que circuit de chiffrement quantique sur les ordinateurs quantiques encore bruités d'aujourd'hui. Avec les appareils IBMQ de 5 qubits disponibles publiquement, nous démontrons le chiffrement sécurisé quantique (256 bits d'entropie) utilisant le QPP de 2 qubits avec 56 portes de permutation, et le QPP de 3 qubits avec 17 portes de permutation respectivement. Les qubits initiaux du circuit de chiffrement correspondent au texte en clair, et après avoir appliqué des opérations de chiffrement quantique, les qubits de chiffrement sont mesurés avec des distributions probabilistes, et les résultats avec la plus haute probabilité sont enregistrés en tant que bits de chiffrement. Les bits de chiffrement sont ensuite déchiffrés avec un circuit inverse de QPP. Les états de sortie des qubits de texte en clair sont mesurés et les résultats de mesure du compte le plus fréquent sont enregistrés comme bits de texte en clair. Ce processus de chiffrement et de déchiffrement quantiques démontre clairement que les implémentations quantiques du QPP fonctionnent exactement comme des schémas de chiffrement et de déchiffrement symétriques devraient le faire. Les bits de texte en clair et de texte chiffré peuvent également être chiffrés et déchiffrés respectivement par tout dispositif informatique classique avec l'algorithme QPP correspondant comme dans les ordinateurs quantiques. Ce travail révèle qu'il est possible de construire des communications sécurisées quantiquement entre des ordinateurs quantiques et des ordinateurs classiques via l'Internet d'aujourd'hui et le futur Internet quantique.