Search

Purpose is to assert that quantum entanglement is the main tool for communication and information processing. Methodology and Approach. Quantum key distribution protocols and problems of their protection were studied with the soliton model of entangled photons. They were evaluated hacking risks transmitting information between the legitimate users. The risks of hacking information transfer between legitimate users were assessed. There is also used a simple dichotomous signal generating method. This method can be the basis of probabilistic modeling of quantum states. Quantum Cryptographic Systems can be partially simulated on a classical computer with entangled soliton model, because quantum entanglement is the main tool for communication and information processing. Results. It is shown that the BB84 protocol is an unconditional security protocol using photon polarization between remote channels. Secret keys are used when transmitting information between spatially separated (remote) users. Theoretical and/or Practical implications. Using soliton modeling of quantum objects, it is possible to imitate their behavior and use some of their advantages on a classical computer. To a large extent, this can be done with the practical use of such a modeling method in the field of cryptography. A good imitation of quantum cryptographic processes by this method opens up prospects for the application of the soliton method for another use of quantum theory in practice.

Тема выпускной квалификационной работы: «Полупроводниковый детектор Ð¾Ð´Ð¸Ð½Ð¾Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ Ñ„Ð¾Ñ‚Ð¾Ð½Ð¾Ð² для ÐºÐ²Ð°Ð½Ñ‚Ð¾Ð²Ñ‹Ñ ÐºÐ¾Ð¼Ð¼ÑƒÐ½Ð¸ÐºÐ°Ñ†Ð¸Ð¹Â». Данная работа посвящена квантовым коммуникациям и Ð´ÐµÑ‚ÐµÐºÑ‚Ð¾Ñ€Ð°Ð¼Â Ð¾Ð´Ð¸Ð½Ð¾Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ Ñ„Ð¾Ñ‚Ð¾Ð½Ð¾Ð². В работе предоставлена информация об Ð¾ÑÐ½Ð¾Ð²Ð°Ñ Â ÐºÐ²Ð°Ð½Ñ‚Ð¾Ð²Ð¾Ð¹ криптографии, а именно: Ð¼ÐµÑ Ð°Ð½Ð¸Ð·Ð¼ распределения ключей на примере протокола BB84, анализ преимуществ и недостатков систем квантовой коммуникации. Проведен обзор научно-Ñ‚ÐµÑ Ð½Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¾Ð¹ литературы по видам детекторов фотонов, структуре Ð»Ð°Ð²Ð¸Ð½Ð½Ñ‹Ñ Ñ„Ð¾Ñ‚Ð¾Ð´Ð¸Ð¾Ð´Ð¾Ð², Ð¸Ñ Ð¾ÑÐ½Ð¾Ð²Ð½Ñ‹Ñ Ð¿Ð°Ñ€Ð°Ð¼ÐµÑ‚Ñ€Ð¾Ð², принципов проектирования, режимам работы Ð»Ð°Ð²Ð¸Ð½Ð½Ñ‹Ñ Â Ñ„Ð¾Ñ‚Ð¾Ð´Ð¸Ð¾Ð´Ð¾Ð², приведены сведения о Ñ€Ð°Ð·Ð»Ð¸Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ ÑÐ¿Ð¾ÑÐ¾Ð±Ð°Ñ Ð´ÐµÑ‚ÐµÐºÑ‚Ð¸Ñ€Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸ÑÂ Ð¾Ð´Ð¸Ð½Ð¾Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ Ñ„Ð¾Ñ‚Ð¾Ð½Ð¾Ð². Были изучены причины низкой скорости работы(возникновение эффекта афтерпалсинга) Ð»Ð°Ð²Ð¸Ð½Ð½Ñ‹Ñ Ñ„Ð¾Ñ‚Ð¾Ð´Ð¸Ð¾Ð´Ð¾Ð² в качестве детекторов в режиме Гейгера. В работе были сформулированы основные требования к параметрам детекторов Ð¾Ð´Ð¸Ð½Ð¾Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ Ñ„Ð¾Ñ‚Ð¾Ð½Ð¾Ð². Целью работы является изучение принципов Ñ€Ð°Ð±Ð¾Ñ‚Ñ‹Â Ð¿Ð¾Ð»ÑƒÐ¿Ñ€Ð¾Ð²Ð¾Ð´Ð½Ð¸ÐºÐ¾Ð²Ñ‹Ñ Ð´ÐµÑ‚ÐµÐºÑ‚Ð¾Ñ€Ð¾Ð² Ð¾Ð´Ð¸Ð½Ð¾Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ Ñ„Ð¾Ñ‚Ð¾Ð½Ð¾Ð². Такие детекторы применяются в ÑÐ¸ÑÑ‚ÐµÐ¼Ð°Ñ ÐºÐ²Ð°Ð½Ñ‚Ð¾Ð²Ñ‹Ñ ÐºÐ¾Ð¼Ð¼ÑƒÐ½Ð¸ÐºÐ°Ñ†Ð¸Ð¹ в качестве Ð¿Ñ€Ð¸ÐµÐ¼Ð½Ñ‹Ñ Â ÑƒÑÑ‚Ñ€Ð¾Ð¹ÑÑ‚Ð² сигналов (фотонов) с различными параметрами. Предметом работы являются лавинные фотодиоды и Ð´ÐµÑ‚ÐµÐºÑ‚Ð¾Ñ€Ñ‹Â Ð¾Ð´Ð¸Ð½Ð¾Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ Ñ„Ð¾Ñ‚Ð¾Ð½Ð¾Ð², основанные на Ð½Ð¸Ñ .Были использованы следующие методы исследования: анализ, синтез, сравнение., The topic of the final qualifying work: "Semiconductor detector of single photons for quantum communications". This work is devoted to quantum communications and single photon detectors. The paper provides information concerning the basics of quantum cryptography, in particular: the key distribution mechanism on the example of the BB84 protocol, an analysis of the advantages and disadvantages of quantum communication systems. A review of scientific and technical literature on the types of photon detectors, the structure of avalanche photodiodes, their main parameters, design principles, modes of operation of avalanche photodiodes, information on various methods of detecting single photons is provided. The reasons for the low operating speed (occurrence of the afterpaling effect) of avalanche photodiodes as de-tectors in the Geiger mode were studied. The paper formulated the basic requirements for the parameters of single photon detectors. The aim of the work is to study the principles of operation of semiconductor detectors of single photons. Such detectors are used in quantum communication systems as receivers of signals (photons) with various parameters. The subject of the work is avalanche photodiodes and single photon detectors based on them. The following research methods were used: the study and analysis of textbooks, articles and other sources on the topic of the work. The results of the work can be applied in the study of this topic, research and design of semiconductor detectors for single photons.

The urgency of conducting research in the field of quantum informatics is grounded. Promising areas of research are highlighted. For foreign and Russian publications and materials, a review of the main scientific results that characterize the current state of research in quantum computer science is made. It is noted that knowledge and funds are invested most intensively in the development of the architecture of a quantum computer and its elements. Despite the fact that today there is no information on the creation of a physical implementation of a quantum computer comparable in functionality to a classical digital computer, the development of quantum algorithms is one of the popular areas of research. An advantage of quantum algorithms is the fact that they reduce the time required to solve the problem due to the parallelization of operations by generating entangled quantum states and their subsequent use. This advantage (quantum acceleration) is most important when solving the problem of modeling the dynamics of complex systems and enumerated mathematical problems. (The general case of enumeration is the Grover scheme and its variants; the tasks of searching for hidden periods: Shor's scheme of using the fast quantum Fourier transform and its analogues.) The demand for cybersecurity developments (search for vulnerabilities in smart spaces, secure storage and use of big data, quantum cryptography) is noted. More than a dozen articles are devoted to quantum algorithms of key search, key distribution on optical fibers of various lengths, and the analysis of quantum resources necessary for conducting a cyber attack. In the field of artificial quantum intelligence, attention is paid, first of all, to the “search” for a model of a quantum neural network that is optimal from the point of view of using all the advantages presented by quantum computing and neural networks, as well as machine learning algorithms. Examples of the use of quantum computing in cognitive and social sciences for studying the decision-making mechanism with incomplete data are given. It is concluded that quantum informatics is promising for the simulation of complex natural and artificial phenomena and processes.

В данной статье речь идёт о том, что представляет собой современная криптография, рассматриваются тенденции и основные проблемы её развития, а также какое место она занимает в современном мире. Проблема защиты информации путем ее преобразования, исключающего ее прочтение посторонним лицом, волновала человеческий ум с давних времен. История криптографии - ровесница истории человеческого языка. Более того, первоначально письменность сама по себе была криптографической системой, так как в древних обществах ею владели только избранные., This article is about what modern cryptography is, the trends and the main problems of its development, as well as what place it occupies in the modern world, are considered. The problem of protecting information by transforming it, excluding its reading by an outsider, has worried the human mind since ancient times. The history of cryptography is the same age as the history of human language. Moreover, in the beginning, writing itself was a cryptographic system, since in ancient societies only the elite owned it., №1 (2020)

Описываются особенности работы на реальных городских линиях комплекса квантовой криптографической аппаратуры защиты информации, разработанного компанией ИнфоТеКС совместно с Московским государственным университетом имени М.В. Ломоносова. Система тестировалась как в стабильных внешних условиях, так и при наличии температурного градиента. Отмечено, что изменение температуры с 25 до 18 С вызвало возрастание квантовых ошибок в два раза и, следовательно, снижение скорости выработки секретных квантовых ключей, но не привело к полной остановке генерации ключей. По результатам испытаний выделены направления развития и способы повышения качества работы комплекса и выработки квантовых ключей., The features of working on real city lines of a complex of quantum cryptographic information protection equipment, developed by InfoTeCS in conjunction with Lomonosov Moscow State University. The system was tested both in stable external conditions and in the presence of a temperature gradient. It was noted that a temperature change from 25 to 18 C caused a twofold increase in quantum errors and, consequently, a decrease in the secret key rate, but did not lead to a complete stop of secret key generation. According to test results direction of future work and ways to improve the quality of quantum key distribution system are developed., №4 (2019)

В статье представлены принципы построения сетевых шифраторов, а также идеи классических атак на них. Произведена постановка задачи распределения общего секрета и выявлены плюсы и минусы общепризнанных подходов в квантовой криптографии. Описаны принципы квантового распределения ключей. Приведены основные понятия квантовой криптографии и описан один из вариантов конструкции и реализации системы квантового распределения ключей. Рассмотрены возможные атаки на криптографические системы с протоколами: BB84, SARG04 BB84 (42), B92, DPS, COW, E91 и Decoy state QKD. Выявлен ключевой недостаток квантовой криптографии и предложен метод его устранения посредством возможного введения процедуры биометрической идентификации. Сформулирован и кратко описан один из наиболее распространенных видов атаки Man in the Middle, MITM ( человек посередине ) и возможные способы его предотвращения и противодействия. Отмечаются основные ограничения существующих систем квантового распределения ключей и приводятся области возможного их применения. Рассматривается задача построения быстродействующего шифратора, работающего с использованием квантовых ключей встраиваемых микропроцессорных систем с программируемой логикой. Описывается архитектура, принципы построения ключевой системы, протоколы обмена данными, возможность квантового шифрования и имитозащиты ключа. Приводятся полученные на макете характеристики шифратора. Описывается перспективная задача построения географически распределенной квантовой сети., The article presents the principles of building network encoders, as well as the ideas of classical attacks on them. The statement of the problem of the distribution of the shared secret is carried out, and the pros and cons of generally accepted approaches in quantum cryptography are revealed. The principles of quantum key distribution are described. The basic concepts of quantum cryptography are presented and one of the options for the design and implementation of a quantum key distribution system is described. Possible attacks on cryptographic systems with protocols are considered: BB84, SARG04 BB84 (4 2), B92, DPS, COW, E91 and Decoy state QKD. A key shortcoming of quantum cryptography has been identified and a method has been proposed for its elimination through the possible introduction of a biometric identification procedure. One of the most common types of attacks Man in the Middle, MITM (man in the middle) and possible methods of struggle and counteraction are described and briefly described. The main limitations of the existing systems of quantum key distribution are noted and areas of possible application are given. We consider the problem of constructing a high-speed encoder working using quantum keys of embedded microprocessor systems with programmable logic. The architecture, principles of building a key system, data exchange protocols, quantum encryption and key protection are described. The characteristics of the encoder obtained on the layout are given. The perspective problem of constructing a geographically distributed quantum network is described.Index terms: critical information infrastructure, information security, cryptographic protection of the information, systems approach, protective measures., №4(28) (2020)

Технология квантового распределения ключей является единственной технологией криптографической защиты, позволяющей на физическом уровне гарантировать безопасность информации, передаваемой по каналам связи. Однако по ряду причин она пока не получила широкого распространения. В статье рассмотрены возможные варианты применения технологии квантовой связи 1. Они могут использоваться в качестве элементов ( строительных блоков ) информационнотелекоммуникационных систем с высоким уровнем безопасности и будут полезны для повышения безопасности технологической связи на железнодорожном транспорте., The technology of quantum key distribution is the only cryptographic protection technology that allows at the physical level to guarantee the security of information transmitted through communication channels. However, for a number of reasons, it has not yet become widespread. The article discusses possible applications of quantum communication technology 1. They can be used as elements (building blocks) of information and telecommunication systems with a high level of security and will be useful for improving the safety of technological communications in rail transport., Автоматика, связь, информатика, Выпуск 12 (12) 2019

A brief analysis of quantum networks, as well as comparative data for determination the difficulty of algorithms breaking on classical computers and on computers with the use of quantum computations., В статье приводиться краткий анализ квантовых сетей, а также сравнительные данные по определению сложности взлома алгоритмов на классических компьютерах и на компьютерах с использованием квантовых вычислений., Проведено короткий аналіз квантових мереж, а також порівняльні дані по визначенню складності злому алгоритмів на класичних комп'ютерах і на комп'ютерах з використанням квантових обчислень.