Ученые НИТУ МИСИС, НИУ ВШЭ и специалисты из российской компании QRate представили новый способ прогнозирования уровня квантовых ошибок в системах квантового распределения ключей с помощью алгоритмов машинного обучения.
Квантовая криптография обеспечивает высокую степень защиты при передаче данных, поскольку любая попытка перехвата информации изменяет состояние квантовой системы и не остаётся незамеченной. Однако технология чувствительна к помехам и нестабильной работе оборудования.
В высокоскоростных системах квантового распределения ключей (КРК) обработка потока данных должна идти практически в реальном времени. Поэтому необходимы быстрые коды коррекции ошибок, которые при этом раскрывают по открытому каналу минимум информации о ключе. Выбор оптимального кода, в частности, зависит от точности предсказания априорного уровня ошибок в распределенном ключе. Учёные предложили новое решение этой задачи, обучив алгоритм анализировать работу системы КРК и на основе полученных данных динамически прогнозировать уровень квантовых ошибок.
Новая модель учитывает не только историю флуктуаций уровня ошибок, но и ряд дополнительных параметров работы системы, что позволяет ей быстро адаптироваться к неожиданным изменениям. С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научном журнале Physics of Particles and Nuclei.
Алгоритм также анализирует уровни ошибок и вероятности регистрации лазерных импульсов обманного типа, которые не участвуют в формировании ключа, но играют важную роль в оценке параметров, необходимых для расчета длины финального секретного ключа. Это позволяет заметить внезапные изменения в квантовом канале или детекторах одиночных фотонов приемника и учесть их для более точного прогнозирования уровня ошибок импульсов сигнального типа.
Исследование выполнено в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национального проекта «Молодежь и дети»), проект № K1-2022-027.
Фото: © ПАО «Россети»
Источник: НИТУ МИСИС
