Квантовая криптография и защищённые каналы связи для 7-9 классов

О.С. Басаргин. 2025 год.

Введение

Современные системы шифрования могут быть взломаны с помощью мощных компьютеров. Однако квантовая криптография предлагает принципиально новую защиту данных, основанную на законах квантовой механики. В этой статье разберём основы квантового шифрования и его связь с Сфиральной моделью.

1. Почему квантовая криптография безопаснее классической?

В классическом мире злоумышленник может перехватить сообщение, не изменяя его. В квантовой криптографии любое вмешательство неизбежно меняет состояние кубитов, что позволяет обнаружить попытку взлома.

2.   Принцип работы квантового шифрования (BB84)

Квантовая криптография основана на протоколе BB84, который позволяет двум сторонам (Алисе и Бобу) обмениваться ключами безопасно.

Как это работает?

1.     Алиса отправляет Бобу поток случайных кубитов, измеряя их в разных базисах (например, горизонтальном или диагональном).

2.     Боб также измеряет кубиты в случайных базисах.

3.     После передачи они сравнивают результаты и удаляют несовпадающие измерения.

4.     Полученный ключ используют для классического шифрования.

3.   Пример кода для симуляции BB84

from qiskit import QuantumCircuit, Aer, execute import random

# Генерация случайных кубитов Алисы

alice_bits = [random.randint(0, 1) for _ in range(5)] alice_bases = [random.choice(['+', '×']) for _ in range(5)]

# Создание квантовой схемы qc = QuantumCircuit(5, 5) for i in range(5):

1

    if alice_bits[i] == 1:

        qc.x(i)     if alice_bases[i] == '×':

        qc.h(i)

qc.measure(range(5), range(5))

# Симуляция

simulator = Aer.get_backend('aer_simulator') job = execute(qc, simulator) result = job.result() print("Измеренные кубиты Боба:", result.get_counts())

4.   Связь с Сфиральной моделью

•       Квантовые состояния можно представлять как витки сфирали, где измерение соответствует сужению витка.

•       Вмешательство злоумышленника в канале изменяет топологию сфирали, что позволяет обнаружить атаку.

5.   Итоги и задания

•       Запустите код и проанализируйте, какие биты Алисы и Боба совпадают.

•       Как сфиральная геометрия может использоваться для улучшения квантового шифрования?

•       Какие перспективы квантовых защищённых каналов в будущем?

Следующая тема: применение квантовых вычислений в искусственном интеллекте.

2