Kvantová informatika pro komunikace v budoucnosti

Podobné dokumenty
Komerční výrobky pro kvantovou kryptografii

Kvantová informatika pro komunikace v budoucnosti

Karel Lemr. web: Karel Lemr Fotonové páry 1 / 26

Kvantové algoritmy a bezpečnost. Václav Potoček

00/20. Kvantové počítání. Pavel Cejnar Ústav částicové a jaderné fyziky Matematicko-fyzikální fakulta UK, Praha IBM

Kvantová kryptografie

Úvod do kvantového počítání

Kvantová kryptografie

Jak ovládnout šum světla?

Přehled posledních experimentů skupiny kvantové a nelineární optiky v Olomouci

3. Optoelektronický generátor náhodných čísel

Kvantová kryptografie

Kvantová fyzika a náš svět

Úvod do kvantového počítání

Využití laserů ve vědě. Vojtěch Krčmarský

Optické kvantové zpracování informace

H = 1 ( ) 1 1. dostaneme bázi označovanou často znaménky plus a minus:

Quantum computing. Libor Váša

O bsah. P řed m lu v a 11

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Problematika náhodných a pseudonáhodných sekvencí v kryptografických eskalačních protokolech a implementacích na čipových kartách

ZÁKLADNÍ EXPERIMENTÁLNÍ

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

Kvantové počítání. Pavel Cejnar. Program: 1) Historie 2) Principy 3) Příklady 4) Realizace. ÚČJF MFF UK Praha mff.cuni.cz.

Asymetrická kryptografie a elektronický podpis. Ing. Dominik Breitenbacher Mgr. Radim Janča

Lasery. Biofyzikální ústav LF MU. Projekt FRVŠ 911/2013

Od kvantové mechaniky k chemii

Složitost a moderní kryptografie

ElGamal, Diffie-Hellman

Obsah PŘEDMLUVA...9 ÚVOD TEORETICKÁ MECHANIKA...15

Elementární částice. 1. Leptony 2. Baryony 3. Bosony. 4. Kvarkový model 5. Slabé interakce 6. Partonový model

Komerční výrobky pro kvantovou kryptografii

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Asymetrická kryptografie a elektronický podpis. Ing. Mgr. Martin Henzl Mgr. Radim Janča ijanca@fit.vutbr.cz

Kvantová mechanika ve 40 minutách

Úvod do laserové techniky

Zobrazování. Zdeněk Tošner

Šifrová ochrana informací věk počítačů PS5-2

Kvantové provázání. Pavel Cejnar ÚČJF MFF UK Praha

Základy kryptologie. Kamil Malinka Fakulta informačních technologií

CZ.1.07/2.2.00/ AČ (SLO/RCPTM) Detekce a zpracování optického signálu 1 / 30

Seznam otázek pro zkoušku z biofyziky oboru lékařství pro školní rok

Kvantová fyzika. Pavel Cejnar mff.cuni.cz. Jiří Dolejší mff.cuni.cz

spinový rotační moment (moment hybnosti) kvantové číslo jaderného spinu I pro NMR - jádra s I 0

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Šifrová ochrana informací věk počítačů PS5-2

Problematika převodu zprávy na body eliptické křivky

Budoucnost mikroelektroniky ve hvězdách.... spintronika jednou z možných cest

Speciální spektrometrické metody. Zpracování signálu ve spektroskopii

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

Asymetrické šifry. Pavla Henzlová FJFI ČVUT v Praze. Pavla Henzlová (FJFI ČVUT v Praze) Asymetrické šifry 28.3.

Základní ideje kvantové kryptografie aneb Alice a Bob preferují zabezpečenou komunikaci. Radim Filip a Vladyslav Usenko

Od Enigmy k PKI. principy moderní kryptografie T-SEC4 / L3. Tomáš Herout Cisco. Praha, hotel Clarion dubna 2013.

12.NMR spektrometrie při analýze roztoků

Krystalografie a strukturní analýza

RSA. Matematické algoritmy (11MA) Miroslav Vlček, Jan Přikryl. Ústav aplikované matematiky ČVUT v Praze, Fakulta dopravní. čtvrtek 21.

Mikro a nano vrstvy. Technologie a vlastnosti tenkých vrstev, tenkovrstvé sensory - N444028

Společná laboratoř optiky. Skupina nelineární a kvantové optiky. Představení vypisovaných témat. bakalářských prací. prosinec 2011

Program. Materiály ke studiu NMR. Data, Soubory. Seminář z Analytické chemie B. \\PYR\SCRATCH\

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.1. Fyzikální princip činnosti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

PSK2-16. Šifrování a elektronický podpis I

5. Optické počítače. 5.1 Optická propojení

Využití magneticko-rezonanční tomografie v měřicí technice. Ing. Jan Mikulka, Ph.D. Ing. Petr Marcoň

Kryptografie - Síla šifer

Modulace vlnoplochy. SLM vytváří prostorově modulovaný koherentní optický signál

magnetizace M(t) potom, co těsně po rychlé změně získal vzorek magnetizaci M 0. T 1, (2)

Optika a nanostruktury na KFE FJFI

Pokročilá kryptologie

8. RSA, kryptografie s veřejným klíčem. doc. Ing. Róbert Lórencz, CSc.

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Využití infrastruktury CESNET pro distribuci signálu optických atomových hodin

Operátory a maticové elementy

Eliptické křivky a RSA

Architektury počítačů

Asymetrická kryptografie

Bezpečnostní mechanismy

Směry rozvoje v oblasti ochrany informací PS 7

Využití fotonických služeb e-infrastruktury pro přenos ultrastabilních optických frekvencí

Lasery optické rezonátory

Čínská věta o zbytcích RSA

RSA. Matematické algoritmy (11MAG) Jan Přikryl. Ústav aplikované matematiky ČVUT v Praze, Fakulta dopravní. verze: :01

1. Vlastnosti diskretních a číslicových metod zpracování signálů... 15

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

Karel Klouda c KTI, FIT, ČVUT v Praze 28. února, letní semestr 2010/2011

Metody spektrální. Metody molekulové spektroskopie NMR. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Vybrané spektroskopické metody

Diskrétní logaritmus

Jak funguje asymetrické šifrování?

SLO/PGSZZ Státní doktorská zkouška Sdz Z/L. Povinně volitelné předměty 1 - jazyková průprava (statut bloku: B)

Metrologie v geodézii (154MEGE) Ing. Lenka Línková, Ph.D. Katedra speciální geodézie B

Výzkumné aktivity řešené na stáži v USA na PURDUE UNIVERSITY Laboratoř chladících systémů Michal Kotek

Informatika / bezpečnost

NMR spektroskopie Instrumentální a strukturní analýza

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

Principy počítačů I Perspektivní technologie, měření výkonnosti a spolehlivost

Pavel Cejnar. mff.cuni.cz. Ústav částicové a jaderné fyziky Matematicko-fyzikální fakulta University Karlovy v Praze

Fyzika IV Dynamika jader v molekulách

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Kvantová kryptografie. Miroslav Gavenda

Pozitron teoretická předpověď

Princip metody Transport částic Monte Carlo v praxi. Metoda Monte Carlo. pro transport částic. Václav Hanus. Koncepce informatické fyziky, FJFI ČVUT

Transkript:

Kvantová informatika pro komunikace v budoucnosti Antonín Černoch Regionální centrum pokročilých technologií a materiálů Společná laboratoř optiky University Palackého a Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR CZ.1.07/2.2.00/07.0018 A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 1 / 22

Obsah 1 Rozdíl mezi klasickou a kvantovou informací 2 Nosiče kvantové informace Spin, iont, kvantové tečky aj. Fotony 3 Kvantová kryptografie 4 Kvantové zpracování informace Kvantové výpočetní algoritmy Kvantová hradla A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 2 / 22

Obsah Rozdíl mezi klasickou a kvantovou informací 1 Rozdíl mezi klasickou a kvantovou informací 2 Nosiče kvantové informace Spin, iont, kvantové tečky aj. Fotony 3 Kvantová kryptografie 4 Kvantové zpracování informace Kvantové výpočetní algoritmy Kvantová hradla A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 3 / 22

Rozdíl mezi klasickou a kvantovou informací Klasická binární informace A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 4 / 22

Rozdíl mezi klasickou a kvantovou informací Kvantový bit = qubit Kvantový stav stavy 0 a 1 bázové stavy v 2D Hilbertově prostoru Princip superpozice ψ = α 0 + β 1 α 2 + β 2 = 1 Projekční měření měří se v určité bázi pravděpodobnostní výsledek jedním měřením nelze určit neznámý stav A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 5 / 22

Rozdíl mezi klasickou a kvantovou informací Vlastnosti kvantových stavů Měření změní kvantový stav No cloning theorem klasických bitů 1 qubit (θ = 0.10110010110001...) při interakce qubitů se realizují všechny možnosti (paralelita) pravděpodobnostní měření 1 qubit = 1 klasický bit Využití kvantové informace kryptografie počítání A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 6 / 22

Obsah Nosiče kvantové informace 1 Rozdíl mezi klasickou a kvantovou informací 2 Nosiče kvantové informace Spin, iont, kvantové tečky aj. Fotony 3 Kvantová kryptografie 4 Kvantové zpracování informace Kvantové výpočetní algoritmy Kvantová hradla A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 7 / 22

Nosiče kvantové informace Výběr vhodného média Potřebné vlastnosti příprava velkého počtu koherentních (nerozlišitelných) nosičů snadná manipulace s nosiči jednoduché nastavení kvantového stavu snadné měření kvantového stavu účinná interakce mezi nosiči navzájem dlouhá doba života Nežádoucí vlastnosti změna kvantového stavu v čase bez interakce a měření (dekoherence) A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 8 / 22

Nosiče kvantové informace Spin, iont, kvantové tečky aj. Kvantová informace nesená hmotnými částicemi Nukleární Magnetická Rezonance (NMR) spiny jader atomů v organických molekulách, pseudočisté stavy (více částic na jeden kvantový stav), rychlá dekoherence, vysoká chybovost Ionty v lineární Pauliho pasti elektronový stav iontů (např. 40 Ca + ) při teplotě mk, interakce jako kolektivní pohyb řízený pulzem z laseru, doba života v sekundách Excitony v kvantové tečce příprava, řízení interakce i čtení pomocí laserových pulzů Další Josephsnovy spoje, atomové spiny v Si atd. A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 9 / 22

Nosiče kvantové informace Fotony Kódování kvantové informace do fotonů Výhody malá dekoherence, snadná manipulace, levná realizace Nevýhody zdroje koherentních fotonů, foton-fotonová interakce, detekce a rozlišení počtu Možnosti polarizace prostorový mód časový mód intenzita spojité proměnné spektrum A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 10 / 22

Obsah Kvantová kryptografie 1 Rozdíl mezi klasickou a kvantovou informací 2 Nosiče kvantové informace Spin, iont, kvantové tečky aj. Fotony 3 Kvantová kryptografie 4 Kvantové zpracování informace Kvantové výpočetní algoritmy Kvantová hradla A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 11 / 22

Kvantová kryptografie BB84 Kvantová kryptografie Vermanova šifra náhodný klíč + zpráva = náhodná sekvence bitů šifrování zpráva 0 0 1 1 klíč 0 1 0 1 šifra 0 1 1 0 dešifrování šifra 0 1 1 0 klíč 0 1 0 1 zpráva 0 0 1 1 Bezpečný přenos klíče mezi Alicí a Bobem protokol BB84 A sekvence 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 A výběr báze + + + + + + AB přenos B měřící báze + + + + + + B změřeno 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 A zveřejní báze + + + + + + B zveřejní shody n a a n n n a a n n a a AB přenesené bity 0 1 1 0 1 0 AB obětování bitů 1 0 AB zdílený klíč 0 1 1 0 A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 12 / 22

Kvantová kryptografie Útok na kvantovou kryptografii Klonování Asymetrické fázově kovariantní 1 2 klonování A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 14 / 22

Kvantová kryptografie RNG Generátory náhodných čísel Praktické systém teoreticky deterministický, ale neznáme všechny vstupní parametry (ruleta), generátory založené na sledování šumu (např. elektrický šum na Zenerově diodě) Fundamentální náhodnost přímo fyzikálního jevu, který je jako náhodný popsán i fyzikálními zákony 1 mw 50 % T=R=1/2 T=R=1/2 2 mw 1 mw 50 % A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 15 / 22

Obsah Kvantové zpracování informace 1 Rozdíl mezi klasickou a kvantovou informací 2 Nosiče kvantové informace Spin, iont, kvantové tečky aj. Fotony 3 Kvantová kryptografie 4 Kvantové zpracování informace Kvantové výpočetní algoritmy Kvantová hradla A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 16 / 22

Kvantové zpracování informace Kvantové výpočetní algoritmy Kvantové výpočetní algoritmy Výpočetní složitost Klasicky exponenciálně s velikostí vstupu Kvantově lineárně s velikostí vstupu během interakce qubitů se mohou realizovat všechny možnosti měřením se jedna možnost vyprojektuje opakování interakce statistický výsledek co výpočet to jiné zařízení simulace chemických reakcí faktorizace součinu prvočísel Fourierova transformace... A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 17 / 22

Kvantová hradla Kvantové zpracování informace Kvantová hradla elementární prvky kvantových počítačů provádí základní logické operace NOT Hadamardova transformace CNOT A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 18 / 22

Kvantové zpracování informace Kvantová hradla Nelineární a lineární optika Nelineární optika v nelineárním médiu s malou účinností deterministické, tj. jednotková pravděpodobnost úspěchu Lineární optika děliče svazků, změna fáze pravděpodobnostní, tedy pravděpodobnost úspěchu p s < 1 řetězení hradel P s = p s 1 Knill, Laflamme, Milburn: p s 1 za cenu větší složitosti (pomocné qubity a podmíněná detekce) KLM stavy lepší účinnost hradel A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 19 / 22

Kvantové zpracování informace Návrh kvantového hradla Kvantová hradla A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 20 / 22

Kvantove zpracova nı informace Kvantova hradla Experimenta lnı realizace kvantove ho hradla A. C ernoch (RCPTM/SLO) Kvantova informace 9. 5. 2011 21 / 22

Závěr Závěr kvantová kryptografie již komerčně dostupná integrace kvantových hradel do optických vlnovodů na optickém čipu jednostranné zaměření kvantových procesorů Děkuji za pozornost A. Černoch (RCPTM/SLO) Kvantová informace 9. 5. 2011 22 / 22