В данной работе впервые был предложен концепт квантового хеширования на основе многомерных однофотонных состояний. Квантовая многомерная хеш-функция реализовывалась как последовательность состояний изолированных кудитов, где классическая информация кодировалась в фазе каждого кудита. Такая конструкция хеш-функции позволяет автоматически удовлетворить условию однонаправленности криптографических хеш-функций, так как количество классической информации, которую мы можем извлечь, всегда будет ограничено (по условию теоремы Холево). Кроме того, мы исследовали устойчивость к коллизиям предложенной квантовой многомерной хеш-функции.

На рисунке 1 представлены результаты измерения вероятности возникновения коллизий в процессе хеширования 8 бит классической информации в зависимости от количества используемых кудитов. Полученные результаты показывают, что предлагаемая техника хеширования может быть полезна для квантового хеширования малого объема информации. Кроме того, из экспериментальных данных видно, что при увеличении размерности квантовых состояний, количество носителей информации, которые необходимы для достижения оптимальных параметров, уменьшается. Например, если мы ограничимся вероятностью коллизий 0.25 и вероятностью извлечь информацию о входном сообщении 0.15 то, чтобы “хешировать” 8-бит классической информации, необходимо использовать  5 кубит (d = 2, m = 5), 3 кутрита (d = 3, m = 3) или 2 кукварта (d = 4, m = 2).

Экспериментальная часть была выполнена в рамках темы госзадания № 122011800133-2, руководитель А. А. Калачев.

Код ОЭСР – 1.3.6.

Работа была опубликована в журнале Laser Physics Letters (DO Akat'ev et all, 2022, Laser Phys. Lett. 19, 125205)

Направление ПФНИ – Физические науки - 1.3.5.2. Перспективные методы оптических квантовых вычислений и квантовых коммуникаций