Kvantum pr. szló BME Villamosmérn. és s Informatikai Kar

Hasonló dokumentumok
t 2 Hőcsere folyamatok ( Műv-I o. ) Minden hővel kapcsolatos művelet veszteséges - nincs tökéletes hőszigetelő anyag,

A kiszámított nyomatékok módszere (CTM - Computed Torque Method)

n -alkatrészfajta r -fő termékcsoportok -az i-edik alkatrészből a j-edik főcsoportba beépülő darabszám

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

HF1. Határozza meg az f t 5 2 ugyanabban a koordinátarendszerben. Mi a lehetséges legbővebb értelmezési tartománya és

5. Differenciálegyenlet rendszerek

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Mesterséges Intelligencia MI

Előszó. 1. Rendszertechnikai alapfogalmak.

Tiszta és kevert stratégiák

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

makroökonómia Szabó-Bakos Eszter Feleletválasztós kérdések

MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA)

3. Gyakorlat. A soros RLC áramkör tanulmányozása

Síkalapok vizsgálata - az EC-7 bevezetése

GAZDASÁGI ÉS ÜZLETI STATISZTIKA jegyzet ÜZLETI ELŐREJELZÉSI MÓDSZEREK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Túlgerjesztés elleni védelmi funkció

Fourier-sorok konvergenciájáról

Helyettesítéses-permutációs iteratív rejtjelezők

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Szinkron sorrendi hálózatok tervezése

Geometria tervezés alapjai

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Elosztott rendszerek és szenzorhálózatok 1.

3. ábra nem periodikus, változó jel 4. ábra periodikusan változó jel

Valek Béla. Modern Fizika Kézikönyv I. Általános Relativitáselmélet

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Negyedik gyakorlat: Szöveges feladatok, Homogén fokszámú egyenletek Dierenciálegyenletek, Földtudomány és Környezettan BSc

A BIZOTTSÁG MUNKADOKUMENTUMA

Schmitt-trigger tanulmányozása

Ezért A ortogonális transzformációval diagonalizálható, vagyis létezik olyan S ortogonális transzformáció,

A sebességállapot ismert, ha meg tudjuk határozni bármely pont sebességét és bármely pont szögsebességét. Analógia: Erőrendszer

3D számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

Izzítva, h tve... Látványos kísérletek vashuzallal és grafitceruza béllel

4. Fejezet BERUHÁZÁSI PROJEKTEK ÉRTÉKELÉSE Beruházási pénzáramok értékelése Infláció hatása a beruházási projektekre

Járműelemek I. Tengelykötés kisfeladat (A típus) Szilárd illesztés

Képlékenyalakítás elméleti alapjai. Feszültségi állapot. Dr. Krállics György

BODE-diagram szerkesztés

GYAKORLÓ FELADATOK 5. Beruházások

Gépészeti automatika

Elektronika 2. TFBE1302

PROJEKTÉRTÉKELÉSI ALAPOK

Aggregált termeléstervezés

HÁTADÁS. (írta: Dr Ortutay Miklós)

Ancon feszítõrúd rendszer

A sztochasztikus idősorelemzés alapjai

1. Előadás: Készletezési modellek, I-II.

Gépi tanulás. Bagging, Boosting Adaboost

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Tossenberger Tamás. Algoritmusok kvantum-információelméletből

Finanszírozás, garanciák

II. Egyenáramú generátorokkal kapcsolatos egyéb tudnivalók:

2. gyakorlat: Z épület ferdeségmérésének mérése

Data Security: Public key

DIPLOMADOLGOZAT Varga Zoltán 2012

Dobos Imre Vállalati termelési-készletezési stratégiák környezetvédelem figyelembevételével: Optimális irányítási megközelítés

Fluoreszkáló festék fénykibocsátásának vizsgálata, a kibocsátott fény időfüggésének megállapítása

CriticEl. CriticEl. CriticEl Kőzetfeszültségek és hatásuk a hullámterjedés jellemzőire nyomásfüggő kőzetfizikai modellek

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Tájékoztató a portfólió értékelésérıl, illetve a portfólión elért hozam számításáról

ELTE TáTK Közgazdaságtudományi Tanszék GAZDASÁGSTATISZTIKA. Készítette: Bíró Anikó. Szakmai felelős: Bíró Anikó június

Mechanikai munka, energia, teljesítmény (Vázlat)

13 Wiener folyamat és az Itô lemma. Options, Futures, and Other Derivatives, 8th Edition, Copyright John C. Hull

Gyakorló feladatok Az alábbiakon kívül a nappalis gyakorlatokon szereplő feladatokból is lehet készülni.

A tapintó hőmérséklet érzékelő hőtani számítása, tekintetbe véve a környezet hőmérsékletterének a felület dőlésszögétől való függését

A xilol gőz alsó robbanási határkoncentrációja 1,1 tf.%. Kérdés, hogy az előbbi térfogat ezt milyen mértékben közelíti meg.

GROVER-algoritmus. Sinkovicz Péter. ELTE, MSc II dec.15.

XIII. Bolyai Konferencia Bodnár József Eötvös József Collegium, ELTE TTK, III. matematikus. A véletlen nyomában

Szempontok a járműkarbantartási rendszerek felülvizsgálatához

Takács Lajos ( ) és Prékopa András ( ) emlékére.

462 Trigonometrikus egyenetek II. rész

Intraspecifikus verseny

REAKCIÓKINETIKA ALAPFOGALMAK. Reakciókinetika célja

6. szemináriumi. Gyakorló feladatok. Tőkekínálat. Tőkekereslet. Várható vs váratlan esemény tőkepiaci hatása. feladatok

Bor Pál Fizikaverseny. 2015/2016-os tanév DÖNTŐ április évfolyam. Versenyző neve:...

[ ] Dr. Mikó Balázs Hervay Péter Tóth Georgina Nóra

Erőmű-beruházások értékelése a liberalizált piacon

AUTOMATIKA. Dr. Tóth János

Mobil robotok gépi látás alapú navigációja. Vámossy Zoltán Budapesti Műszaki Főiskola Neumann János Informatikai Kar

Összegezés az ajánlatok elbírálásáról

DARVAS ZSOLT SÁVOS DEVIZAÁRFOLYAM-RENDSZEREK HITELESSÉGE

3. feladatsor: Görbe ívhossza, görbementi integrál (megoldás)

SZABÁLYOZÁSI ESZKÖZÖK: Gazdasági ösztönzők jellemzői. GAZDASÁGI ÖSZTÖNZŐK (economic instruments) típusai. Környezetterhelési díjak

Statisztika II. előadás és gyakorlat 1. rész

FIZIKA KÖZÉPSZINT. Első rész. Minden feladat helyes megoldásáért 2 pont adható.

W W W. A U t O S O f t. h U. Pörög az idei év.


Függvények július 13. f(x) = 1 x+x 2 f() = 1 ()+() 2 f(f(x)) = 1 (1 x+x 2 )+(1 x+x 2 ) 2 Rendezés után kapjuk, hogy:

Geometriai Optika. ultraibolya. látható fény. 300 THz 400 THz 750 THz. 800 nm 400 nm 100 nm

ELTE TáTK Közgazdaságtudományi Tanszék GAZDASÁGSTATISZTIKA. Készítette: Bíró Anikó. Szakmai felelős: Bíró Anikó június

Numerikus módszerek 2. Nemlineáris egyenletek közelítő megoldása

KIS MATEMATIKA. 1. Bevezető

ELOSZLÁS, ELOSZLÁSFÜGGVÉNY, SŰRŰSÉGFÜGGVÉNY

7.1 ábra Stabilizált tápegység elvi felépítése

3D-s számítógépes geometria

A közgazdasági Nobel-díjat a svéd jegybank támogatásával 1969 óta ítélik oda. 1 Az

A kúpszeletekről - V.

Átírás:

Kvanum p pímfakoizáció Gyöngy ngyösi LászlL szló BME Villamosmén nöki és s Infomaikai Ka

Támadás s kvanumszámíógéppel Egy klasszikus algoimusnak egy U unié anszfomáci ció feleleheő meg. Minden klasszikus algoimus megvalósíha haó unié anszfomáci cióval egy kvanumszámíógépben A szupeponál kezdőállapo segís ségével pedig páhuzamosan végehajhaó az előí művele m az összes leheséges bemenő adaa A művelevm velevégehajás s eljes mém ékben páhuzamosan ö énik

A kvanumhálóza működésének m elmélei lei alapjai A kvanumszámíások sok soán n kihasználha lhaó kvanumjelenségek: Szupepozíci ció Összefonódo állapook Hullámf mfüggvények inefeenciája Az eloszo kvanumszámíógép-hálózaban zaban felhasználha lhaó jelenségek: EPR állapook Kvanum-elepo elepoáció Kvanum-páhuzamoss huzamosság

Kvanumalgoimusok Mennyie kell aanunk a kvanumszámíógépek ámad madásáól? Pee Sho pímfakoiz mfakoizációs s algoimusa A fakoizáci cióval szemben, az LNKO megalálásáa isme gyos, klasszikus algoimus Egy olyan szám m megalálásá,, amelynek a fölbonandó számmal van közös k s oszója, áfogalmazhajuk egy függvény peiódus dusának meghaáoz ozásáaa Klasszikus endszeben nehéz z felada, viszon a peióduskees duskeesésese gyos kvanum-algoimus algoimus lehe alálni. lni. Az RSA felöése egy 600 klasszikus számíógépb pből álló hálózanak 8 hónapigh ao. Ugyanezen felada egyelen kvanumszámíógépnek csupán másodpeces idő ve igénybe.

Az RSA algoimus

Az RSA algoimus Legyen N pqké nagy pímszám szozaa, ahol p és q pímszám hossza is egyaán n bi. Az így előállío N az RSA modulusa. Napjainkban N álagos hosszúsága n 04 5 bi hosszú. bi, ami 309 decimális jegye jelen. A ké píményező pedig Az RSA kezdei időszakában még az n 8 bies modulus is bizonságosnak bizonyul, majd éppen a ámadások és a echnika fejlődése haásáa, a bizonságo a számok nagyságának emelésével igyekezek bizosíani. Így le az RSA modulus hossza 56, 5, majd 04 bi. (N) Az Eule-Fema éel alapján udjuk, hogy x (mod N), ahol ( N) az Eule függvény, ami az N edukál maadékoszályainak számá adja meg, másképpen az N -nél kisebb, N -hez képes elaív pímek számá.

Az RSA algoimus Ha N ké pím szozaa, akko ( N) a kövekezőképpen haáozhaó meg: ( N) ( p)( q ). A nyilvános kulcs egy eszőlegesen válaszo e szám lesz, - ami a gyakolai alkalmazásokban a gyos számíhaóság édekében álalában 6 +=65537,- amelyhez meg kell haáozni a ikos kulcskén szolgáló muliplikaív invezé d -, a mod ( N) aimeika használaával: ed mod ( N ). Az alapul szolgáló nehéz pobléma gaanálja, hogy a nyilvános kulcs (e), valamin az isme modulus (N) ismeeében egy hamadik fél nem udja meghaáozni a ikos kulcso (d), hiszen ehhez ismenie kellene ( N) ééké, ami viszon N pímfakoai (p és q) ismeeében udna csak egyszeűen meghaáozni.

Az RSA algoimus Azonban egy megfelelően nagy egész számo píményezőie bonani (p- és q- meghaáozni) nehéz felada. A gyakolaban a ikos és nyilvános kulcsok melle felünejük a modulus ééké is, hiszen ez a kulcs-páa jellemző és szükséges a későbbi számíásokhoz is. Így ehá a kulcsok: Nyilvános kulcs: ( e, N ) Tikos kulcs: ( d, N ) Ahol e- nyilvános exponensnek, d- pedig a pivá (ikos) exponensnek nevezzük.

Az RSA algoimus Kódolás Az elküldeni kíván üzenee egy N-nél kisebb egész szám (x) epezenálja. (ez feléel az algoimus működéséhez). Az x üzenee ehá ekinhejük egy egész számnak, amelye eljesül, hogy 0 x N. Abban az eseben, ha a ényleges üzene ennél hosszabb, akko az üzenee blokkoka oszjuk, amelyek eljesíik e feléel. A kódol üzene szinén egy N-nél kisebb egész szám lesz (y). A kódoláshoz a küldő fél a címze nyilvános kulcsá használja, a kódol üzenee a kövekező képleel számolja ki: e y x (mod N).

Az RSA algoimus Dekódolás Az üzene visszafejéséhez a fogadó fél sajá ikos kulcsá használva a kövekező számíás végzi: d ed c y = x =x (mod N). Az így kapo c éék ponosan az elküldö üzene, x lesz, mivel ed mod ( N), azaz c x.

Az RSA algoimus A kódolásnál az is bizosíani kell, hogy x és N elaív pímek legyenek, azaz mivel N pq, így az x nem lehe oszhaó sem p-vel, sem q-val. Gyakolailag azonban annak az esélye, hogy x belealál a píményezők valamelyik öbbszöösébe, köülbelül annyi, minha a ikos kulcso valaki póbálgaással elalálná, azaz endkívül kicsi. (Éppen ezé a gyakolai éleben ez a kiéiumo el szokák hanyagolni.) Az RSA ehá egy egyiányú függvény, amely ado d eseén könnyen inveálhaó az előzők alapján, azonban a pivá kulcs ismeee nélkül ez nagyon nehéz. Az RSA felöése ponosan aa iányul, hogy d ismeee nélkül kell inveálni az RSA függvény.

Az RSA algoimus Kulcsgeneálás A kulcsgeneálás soán haáozzuk meg mind a ikos-nyilvános kulcspá, mind a használ modulus. A paaméeeke (p, q, e) úgy kell megválaszani, hogy az isme, speciális eseben működő ámadási módszeeke kiküszöböljük. Ezeknek megfelelően a válaszás iányelvei: p és q legyen nagy; egyenkén legalább 5 biesek (ha van az N-nek lenne kis píményezője, akko léezik haékony ámadás) (p-q) is legyen nagy; legalább 5 bies (ha kicsi, léezik ámadás) p és q legyen vélelenül válaszo e legyen elaív pím ( N) -hez (ez az algoimus működéséhez szükséges) e ne legyen kicsi (ha e kicsi, akko léezik ámadás) d ne legyen kicsi (ha d kicsi, akko léezik ámadás) Több kulcs geneálása eseén ne használjuk ugyanazon modulus.

RSA példap

Az RSA algoimus Tegyük fel, hogy az RSA kulcsgeneálás soán má megválaszouk a ké pím összeevő, p- és q-, valamin a nyilvános kulcshoz szükséges, kievő e-. A paaméeek ismeeében előszö meghaáozzuk az N modulus, az ( N) Eule-Fema függvény ééké, majd a ikos kulcs kievőjé, d-: N modulus meghaáozása: p 3, q 7, e0. N?, ( N)?, d? N pq 37. ( N) meghaáozása: ( N) ( p-)( q-) 6 9.

Az RSA algoimus A d- úgy kell megválaszanunk, hogy ed mod ( N) legyen. Ezé az Euklideszi algoimus segíségével meghaáozzuk a ( N) és e legnagyobb közös oszójá, aminek -nek kell lennie, hiszen kiköés, hogy ( N) és e elaív pímek legyenek. e 9 0 9 0 9 0 9 9 0. Az algoimus végehajásával azonban megkaphajuk az -e, azaz a legnagyobb közös oszó a 0 (e) és a 9 ( ( N) ) lineáis kombinációjakén, és így má kiszámíhaó d: Az uolsó soból kifejezzük az -e: 9-9 0

Az RSA algoimus A 0 0-9 behelyeesíésével: A 9 = 9-0behelyeesíésével: A 9 = 9-0behelyeesíésével: = 9-9 (0-9) = 0 9-9 0 = 0 (9-0) - 9 0 Azaz: = 0 9-9 0. Ha mos mindké oldalnak vesszük a 9-vel ( ( N) -nel) ve oszási maadéká, akko az kapjuk, hogy: -9 0 (mod 9), ami 9-9 = 73 mia áíhaó poziív számoka: e 73 0 (mod 9)

Az RSA algoimus e Ebből, illeve az ed mod ( N) összefüggésből, azaz d 0 (mod 9) kifejezésből az kapjuk, hogy d 73. Tehá a (válaszo p=3, q=7 pímszámokkal a feni algoimus szein előállío) nyilvános kulcs (N=; e=0), a ikos kulcs pedig (d=73). Tegyük fel, hogy az x=70 nyíl üzenee akajuk kódolni. Ekko a kódolás művelee: y = 70 0 (mod ) = 83. Azaz y=83 lesz a kódol üzene. A dekódolás: x = 83 73 (mod ) = 70.

Támadási leheőségek

RSA elleni ámad madási módszeekm Az RSA elleni ámad madásoka az alábbi csopookba főf soolhajuk: Implemenáci ciófüggő ámadások Kulcskeeséses ses ámad madás Számíási idő méése Helyelen alkalmazáson alapuló ámadások Közös s modulus Kis pivá exponens Új j ámad madási leheőség becslésével Az RSA ámad madás s a Fema egyik éel elével A modulus fakoizáci cióján alapuló ámadások

Fakoizáci ció alapú ámadás Az RSA bizonságának nak kulcsa az, hogy az összee számok fakoizálása az eddigi udásunk alapján nehéz felada A fakoizáláshoz szüks kséges lépésszl sszám m a fakoizáland landó szám jegyeinek számával exponenciálisan nő, és s ez igaz még m g a leghaékonyabb klasszikus fakoizáló algoimus eseében is. Maemaikailag azonban nincs bizonyíva az, hogy nem léezik l haékony klasszikus algoimus, amely a számjegyek számáól polinomiálisan lisan függő lépésszámban oldaná meg a fakoizáci ció. A jelenleg széles köben k használaos nyilvános nos kulcsú RSA ikosíás s ké k nagy pímsz mszám m szozaának gyos fakoizálásának megoldhaalanságán alapul. Emia igen nagy édeklődés kele, amiko 994-ben Pee Sho közzée egy olyan kvanumalgoimus,, amely polinomiális lis idő ala oldja meg a fakoizáci ció.

Fakoizáci ció alapú ámadás Az elmélei lei RSA ámad madások legelejedebb csopoja ehá ez, amelyben a ámad madás s a publikus kulcs ismeeében (e) az N modulus fakoizálásáa a iányul N oszóinak ismeeében a ámad madó könnyen kiszámíhaja ( N) -, és s ennek ismeeében a pivá kulcs is adódik dik d e mod ( N)

Fakoizáci ció alapú ámadás A modulus fakoizáci cióján alapuló ámadások műveleigénye a modulus hosszának exponenciális függvf ggvénye, így elég g nagy modulus eseén, a gyakolai felöés s ieális időig igényű lehe. A jelenlegi leggyosabb fakoizáci ciós algoimus az 993-ban publikál l Numbe Field Sieve algoimus. Az RSA Secuiy álal meghidee fakoizáci ciós vesenyen is ezzel az algoimussal éék k el a ekodo, ami egy 5 bies szám m oszóinak a megkeesése se vol.

Fakoizáci ció alapú ámadás Az RSA felöése pímfakoiz mfakoizációs algoimussal ) Vegyük az x FN ( x) a mod( N), ahol x 0,,,... függvény, amelyben a egy 0 és N közöi eszőleges emészees szám. Az FN ( x) függvényől udjuk, hogy peiodikus. ) Miuán a FN ( x) függvény peiodikus, meghaáozzuk az peiodus: F ( x) F ( bk ), ahol k 0,,,... 3) Legyen M, N a / N 4) Haáozzuk meg N és M legnagyobb közös oszójá (P ), valamin N és M legnagyobb közös oszójá (P ). 5) P és P az N píményezői lesznek, illeve a píményezőinek szozaa.

A Szozaényez nyezőke bonás szozaényezőke bonás bámilyen függvény eseében végehejhaó. Legyen N=73, ( 7x39, mos 39 nem pím) valamin a ééké válasszuk 3-nak. Ekko a függvényünk alakja a kövekező: ( ) 3 x F73 x mod(73). Nézzük k meg, hogy egyes éékeke milyen ééke vesz fel a függvf ggvény. x 0 3 4 5 6 7 8 9 0 3 F(x) 3 56 55 6 95 3 56 55 6 95 3 A függvf ggvény ééke peiodikusan ismél lődik

Szozaényez nyezőke bonás A felada ezuán n a függvf ggvény peiódus dusának a meghaáoz ozása, azaz: F ( x) F ( x k ) mod(73), ahol k 0,,,... 73 73 A függvf ggvényünk nk peiódusa 6, így F ( x) F ( xk6) mod(73), ahol k 0,,,... 73 73 Ahonnan 6/ M 3 68; 6/ M 3 66.

Fakoizáci ció alapú ámadás Ebből l az Euklideszi-algoimussal: Azaz, Így, d(68,73) 39; d(66,73) 7. P 39; P 7. N P P 73 397. A kapo eedmények valóban az N oszói, N PP, azaz 73 397.

Fakoizáci ció alapú ámadás klasszikus endsze eseén A végehajv gehajás s kiikus észe az peiódus meghaáoz ozása. A legnagyobb közös k s oszók k megalálása az Euklideszi- algoimus alapján n pedig polinomiális lis lépésszl sszámban könnyen elvégezhe gezheő. A peiódus keesésének lépésszl sszáma azonban N jegyeinek számával exponenciálisan növekszik, azaz ugyanolyan bonyolulságú,, min más m - aká az egyszeű póbálga lgaásos - fakoizáci ciós s algoimus. Kijelenhejük k ehá,, hogy klasszikus endszeekben a felöés gyakolailag leheelen.

A kvanumámad madás s menee

Támadás kvanumszámíógéppel A pímfakoiz mfakoizáció végzv gző kvanumáamk amkö

Támadás kvanumszámíógéppel Amíg g a pímfakoiz mfakoizáció klasszikus endszeekben exponenciális, addig kvanumos endszeekben négyzees növekményű végehajási idő igényel. Az algoimus, a fakoizáland landó szám moduláis haványainak peiodiciási ulajdonságá kihasználva kvanumegiszeeken végzi el a pím ményezőke bonás.

Klasszikus memóiac iacímzés kvanumbiekkel A klasszikus adaoka (az a moduláis haványai) aalmazó memóiacell iacellák k megcímz mzése szupepozíci ciós állapookkal is

Támadás s kvanumszámíógéppel x Az F(x)=a N mod(n) függvény megvalósíásához a áolás egy kvanumegiszeel valósíjuk meg, amely egisze álljon n daab kvanumbi-ből. A kvanumegisze jelölése: A- egisze. Az n daab kvanumbi felhasználásával a kvanumegiszeben n 0 - állísuk elő -ól -ig az összes emészees szám szupepozíciójá! A kvanumegiszeben a szupepozíció előállíásá a Hadamad-opeáo segíségével ehejük meg, amely n - léehozza a x állapoo. n x=0

Támadás s kvanumszámíógéppel Az A-egiszeben áol x éékeke felhasználva, hajsuk F(x)=a mod(n) x vége az N függvénynek megfelelő opeáció, a kapo eedményeke együk egy újabb kvanumegiszebe! Miuán a művele így a ké egisze aalma: elvégzéséhez ké egisze használunk, n - x=0 x F (x). N

Támadás s kvanumszámíógéppel A kövekező lépésben a B - egiszeben eláol éékekhez kell valahogyan hozzájununk. Ee egyelen leheőségünk van: méés kell végehajanunk. A kvanumegiszeen ehá egy méés kell végehajanunk, amely a kvanumelmélei axióma alapján a B- egisze aalmá, azaz állapoá vélelenszeűen valamelyik konké F * N állapoba viszi.

Támadás s kvanumszámíógéppel * Az en azonban csak azon x állapook szupepozíciója lehe, amelyeke igaz az, hogy F ( x ) F, azaz x b k. ahol k=0,,,..., N A-egiszeb * * N * 0 * * 0 valamin b azon legkisebb emészees szám, amelye F (x * ) = F *. N 0 N Azaz, a B-egiszeen elvégze méés soán kapo vélelenszeű F éék egy vélelenszeű ééke endel * 0 * N az x -hoz, azonban az A-egiszeben kialakul szupeponál állapo mindenféleképpen peiódusú lesz.

Támadás s kvanumszámíógéppel Az A-egiszeen ezuán kvanum Fouie-anszfomáció hajunk vége, amelynek eedménye a keese éék lesz. Az biokában az N szám oszói, P és P má meghaáozhaóak.

Támadás s kvanumszámíógéppel. A kiindulási helyzeben mindé egisze, azaz az X és s Y egisze éékkel inicializáljuk. ljuk. A ké k egisze kiindulási állapoa ekko: 0,0. Ezuán n az X egisze aalmá szupepozíci ciós állapoba hozzuk.

Támadás s kvanumszámíógéppel 3. Az X egisze aalmának felhasználásával előáll llíjuk az x f ( x) a mod( N) éékeke, és s az éékeke az Y egiszeben áoljuk el. A endszeünk nk állapoa a ké k egisze diek szozaa lesz. Az Y egiszeből l ö énő kiolvasáshoz shoz méés kell végeznv geznünk. nk. A méés m s uán, az X egiszeben csak peiódus dusú állapook maadnak, hiszen csak ezen éékeke eljesül l a mé m f(x) függvf ggvény. 4. A kövekezk vekező lépésben az X egiszeen végehajjuk a Fouie anszfomáci ció. A Fouie anszfomáci ció végehajása uán, a y * 0 mk állapook eseén, a peiódus meghaáoz ozó agok ééke lesz. A agok összege pedig éppen k. Azaz, az X egiszeen végehajo v Fouie anszfomáci ció uán n megkapjuk k ééké..

A kvanum-fouie anszfomáci ció Valószínűség elői állapo (A egisze) b0 b0 b0 b0 3 a b 0 x a0

Támadás s kvanumszámíógéppel 5. Végül l elvégezz gezzük k a méés m az X egiszeen. Az X egiszeben, a Fouie anszfomáci ció uán n csak olyan éékek maadak, amelyek k öbbsz bbszöösei: sei: n * n y0 mk m, ahol k /. Az biokában az N szám oszói, P és P má meghaáozhaóak.

A kvanum-fouie anszfomáci ció Valószínűség uáni állapo (A egisze)

Eőfo foásszükségle A Kvanum Fouie anszfomáci ció végehajása soán csak olyan kvanumkapuka használunk, amelyek anszfomáci ciója unié, így a eljes Kvanum Fouie Tanszfomáci ció is unié. A anszfomáci ció végehajásához hoz szüks kséges kapuk száma ma: n A anszfomáci ció végehajása uáni áfodíáshoz kell még g n/ daab SWAP kapu. n n

Eőfo foásszükségle A kvanum-fouie anszfomáci ció végehajáshoz szüks kséges kapuk száma nagyságendileg gendileg Klasszikus endszeben log O n O N n log O n O N N ahol N n.

Példa: Eőfo foásszükségle 50 bi eseében, egy klasszikus endszeben elvégze Fouie anszfomáci ció lépésszáma: N log N 50log 50 85 Ugyanez, egy 50 kvanumbies endsze eseén: log N log 50.8864 3 Azaz, egy klasszikus endszebeli n - lépésszámú művele, egyelen lépésben l elvégezhe gezheő egy kvanumendsze eseében.

A pímfakoiz mfakoizációs kvanumalgoimus ulajdonságai Exponenciális helye polinomiális lis idősz szükségle Klasszikus endsze Kvanum endsze Ο n 3 n lépés lépés Példa: 6 300 számjegy 0 év 5 000 számjegy 0 év néhány óa

A kvanum Fouie anszfomáci ció

Fouie anszfomáci ció Adasook, függvények viselkedésének jellemzésée a Fouie-anszfomáció egy nagyon haékony eszköz A Fouie anszfomáció elsősoban akko hasznos igazán, ha a vizsgál függvényünk különböző fekvenciával válozó, hamonikus függvények összege. A különböző fekvenciával válozó hamonikus függvények szinuszos vagy koszinuszos függvények lehenek, vagy ahhoz közelíenek. A Fouie anszfomáció alkalmazásával az egyes, különböző peiódusú komponensek súlyá adhajuk meg. A Fouie-anszfomációa egy egyszeű A Fouie anszfomáció számos helyen alkalmazzák a moden, elekonikus kommunikációs eszközökben is

Fouie anszfomáci ció Egy peiodikus függvény szinuszos és koszinuszos agok lineáis kombinációjakén öénő felbonásá Fouie-sonak nevezzük. Bámilyen peiodikus, folyonos függvény felíhaó szinuszos és koszinuszos agok lineáis kombinációjakén. A kvanumszámíásoknál is alkalmazhajuk a Fouie sofejés: a 0 és egy oonomál bázis alko, a szinuszos és koszinuszos agok pedig az időaományban alkonak oonomál bázis, a hullámfüggvény eseében. A Fouie so álalános alakja a kövekező: a 0 sin cos f a n b n n n n Ha egy hullámfomá szeenénk leíni, akko szükségünk lesz a szinuszos és koszinuszos agokhoz aozó a0, a,, an és b0, b,, bn együhaók éékeie n

Fouie anszfomáci ció Tegyük fel, hogy megaláluk a kövekező együhaóka: a 0.5, a4 és b 4, az összes öbbi együhaó ééke nulla. Ebben az eseben a Fouie so a kövekezőképpen adhaó meg: n4 4 o f 0.5sin si c s. A függvény alakja a kövekező:

Fouie anszfomáci ció Az f függvény egyes alkoóészeke bonva a kövekező: Az egyes fekvenciák és ampliúdók elemezéseuán : Szinuszos Koszinuszos Hullámfüggvény fekvencia ampliúdó ampliúdó 0.5sin 0 sin 4 0 4cos 0 4

Fouie anszfomáci ció A DFT egy diszké, peiodikus k időaománybeli soozaból állíja elő a fekvenciaaománybeli diszké soozao. A DFT függvény álal előállío kimenee egy komplex ömb. A ömbben lévő elemek számá a minavéelezési fekvencia, és a hullámfoma hossza haáozza meg. Azaz, az N daab 0,, N komplex szám N daab komplex számmá anszfomálódik a f0,, fn függvények segíségével, a kövekezőképpen: N f j ke, ahol j 0,, N -. k 0 i jk N

Fouie anszfomáci ció A DFT inveálhaó máixxal endelkezik, így a DFT inveze is elvégezheő, amelyből megkapjuk az időaománybeli éékeke. Az invez Fouie anszfomáció alakja: k N N j0 f e j i N jk, ahol k 0,, N - A szinuszos és koszinuszos agoka ehá elő kell állíanunk komplex, exponenciális alakban. A soozaunk diszké, ezé csak bizonyos ponoka minavéelezünk, a minavéelezési fekvencia pedig a minavéelezés ponosságá haáozza meg.

Fouie anszfomáci ció A kvanum-fouie anszfomáció a kövekezőképpen adhaó meg: N i xy F : x exp y. N y0 N Ahol x bináis szám, amelynek alakja n azon legkisebb egész szám, amelye igaz, hogy n n n 0 n n l x x x x N n., és i Ezen x bináis számo n daab kvanumbien ábázoljuk, azaz x x x xn, ezek a vekook pedig egy N dimenziós enzoi szozaé bázisvekoai, ez ehá a számíási bázis. A számíási bázisunk ábázolásához egy n bies kvanumegisze szükséges. A feni kifejezés ehá áíhaó a kövekezőképpen: n i xy F : x exp y. n n y 0

Fouie anszfomáci ció Ahol ehá xy egy nomál szozásnak felel meg, amely szozás kvanumegiszeekkel valósíjuk meg: x x x x n n 0 y y y y n n 0,. Az x k és y k egymásól függelen kvanumbiek. A kvanum Fouie anszfomáció egy unié anszfomáció, és ez egy szozafelbonás évén is igazolhaó: Mivel N N N N i xy F : cx x c x exp y c y y. x0 x0 N y0 N y0 N i xy y F x x N x0 N c c exp c, ahol y 0, N, így a kapo eedmény a c x együhaók Fouie anszfomálja.

A QFT áamkö felépíése

Kvanum Fouie-anszfom anszfomáció H a Hadamad kapu, R d pedig a fázisfodíó kapu, ami ebben az eseben a kövekezőképpen adhaó meg: 0 R d i / 0 e Ahol d az egyes bemeni kvanumbiek indexe közöi ávolságo jeleni. d.

Kvanum Fouie-anszfom anszfomáció Az áamkö működésének észleezése. Az x kvanumbi a Hadamad kapuba lép be elsőkén, ennek i0, xy/ i0, x eedményekén kialakul a e 0 e y0, ahol i 0, x ahol e, ami aól függ, hogy a bemeneen x 0 vagy x vol. Azaz: i 0, x y/ y 0, x e ( ) y0 y0 0, Ahol ( ) y x ééke aól függően, hogy a bemenei kvanumbi ééke 0 vagy..

Kvanum Fouie-anszfom anszfomáció A kövekező lépésben az R kapu akivizálódik, ami a kövekező anszfomáció hajja vége a bemenekén kapo állapoon: R 0 0 i / e. Az R kapu célbije, -azaz amelyik kvanumbien a válozaás végehajjuk- az a bemenei kvanumbi x, a konollbi pedig x. Az R kapu ehá a kövekező anszfomáció hajja vége: i 0, x 0 0 0 i 0, x ix e e e / /. i 0 e

Kvanum Fouie-anszfom anszfomáció Az R kapu haása ehá a kövekező a bemenei állapoa, a konollbi figyelembevéelével: R x 0 e x 0 e e = x i(0, x/0, x/4) 0 e i 0, x i0, x ix/ x i(0, xx) = 0. e Felhasználuk az előzőekben kapo eedményünke: xn xn 0, xn xn, így az egyszeűbb jelölés mia 4 i(0, xx) használunk a -, a feni kifejezésben. e

Kvanum Fouie-anszfom anszfomáció A QFT kvanumáamkö kövekező kapuja az R. Konollbi: x 0. A anszfomáció ulajdonságai nem válozak, azaz ugyanúgy évényesek az előző ponban felállío feléelek: R 0 0 i /4 e. Azaz, a fázisfodíás ezúal i /4 e, az előző i / e helye!!

Kvanum Fouie-anszfom anszfomáció A eljes endsze leíásához azonban mos nem elég csupán az akuális x konollbie figyelembe venni, mivel az előző anszfomáció 0 eedményé adjuk bemenkén az R kapua, ahol viszon a konollbi az x vol, így: i(0, xx) R x0 x 0 e i(0, xx) i x0 /4 x0 x 0. e e x0 x e x0 x e i( x0/8 x/4 x/ = 0 i(0, x0xx) = 0. Használ jelölés: xn xn 0, xn xn 4 = (0, ) e i x x

Kvanum Fouie-anszfom anszfomáció Végül, ismé egy Hadamad anszfomáció kövekezik, ami az x 0 kvanumbien i 0, x0 keül végehajása, aminek eedménye: 0 e kvanumendszeünk végső állapoa a kövekező lesz :. Így a eljes i(0, x 0x) i(0, x0xx) x0 0 e 0 e i0, x 0 i(0, x0x) i(0, x0xx) 0 e 0 e 0 e. Ahol x x 0, x x 4 e. n n (0, ) n n = i x x

A kvanum pímfakoiz mfakoizációs algoimus lépéseil

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció V a x x y x a y x : A egisze, kvanumbi: N N, kivéel: ha az haványa, =n is elég y : B egisze, n kvanumbi mod N: 0 a x 0 5 y N Rendszeállapook leíása: Kiindulási állapo: 0 00 00 n Ahol a ééke kisebb, min N, és elaív pím N-hez

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció. A-egiszeen végehajjuk a Hadamad anszfomáció: Az A-egisze kvanumbijeinek valószínűségi ampliúdó éékei:. Végehajjuk a Va anszfomáció: x0 x 0 Va Va x 0 x0 x x a b k x0 b0 k 0 ahol 0 k / és 0b a b,

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció V Va x 0 x a x0 x0 a b b k a, 0 k 0 b. ahol és b0 k0 b kb megj.: a a, mivel a mod N x 3. Méés eedménye legyen: 3 0 k 0 / k 0 k b b 0 k b0 a b a 0 b 0.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció b 3 k b 0 a k b0 a k 0 / k 0 Eedmény : 0 0 Peiodikus állapook : b, b, b, b. 0 0 0 b 0. Felada : peiódus meghaáozása: QFT

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció k Fouie kx i/ N ahol e é DFT 0 N : számíási bázis anszfomáció k DFT, k s k ' k k végehajása: k kx e x x N N N ixk / N x0 x0 : k 0,, N oonomál bázis, így : N N N N N kx' x x' x x0 N x0, ha x x ' ( ill. k az N öbbszööse) k ' k. 0, ha x x' k,, így :

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció Az A-egisze beméésének eedménye b0 az 3 k b0 a b0 3 8 állapoban, és éékek melle / k 0 A vízszines engelyen pon láhaó, a csúcséékek száma:, peiodus: csúcsponokhoz aozó maximális valószínűség:

4. Kvanum pímfakoiz mfakoizáció Fouie-anszfomáció végehajása a állapoon: b 0 DFT DFT k b a / 4 3 0 k 0 Áendezés uán: 4 e x a k0 x0 ixk / ixb / e e x a x0 k0 / / ixk x0 / k0 / ixb0 / e e x a 3 0 0 ix b k / b b 0.. 0 b0

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció ix/7 Az e x 0,,6 vekook, N 7 és s eseén: A komplex vekook összege 0. A szöglees záójel ééke csak abban az eseben nem nulla, ha x s /, ahol s 0,, -, ezen x ééke k melle a szöglees záójelben lévő kifejezés : 4 ixk / ixb / e e x a x0 / k0 0 b0 is/ k / isk ekko: e e / k0 / = k0 / / k 0 / ixb0 / b0, így: x0 e, x a,

Kvanum p Kvanum pímfakoiz mfakoizáci ció 0 0 0 0 0 0 / 0 0 0 4, / :. s i i xb b x b i s b s b s b e x a x s így s e a s e a mivel

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció s i b0 s b0 5. Az 4 e a állapoon s0 elvégezve a A-egisze beméésé, a kapo eedmény: s0, ahol s eszőleges éék lehe 0 és - közö, azonos valószínűséggel. 0 A vízszines engelyen pon alálhaó. A vízszines engelyen éékalálhaó a nem nulla ponokhoz aozó valószínűség, a peióduséék pedig mindenhol.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció s i b0 s b0 5. Az 4 e a állapoon s0 elvégezve a A-egisze beméésé, a kapo eedmény: s0, ahol s eszőleges éék lehe 0 és - közö, azonos valószínűséggel. 0 Ha s 0 : ééke nem állapíhaó meg, újból fuajuk 0 az algoimus s0 0 0: Ha s akko a kapo eedmény oszjuk vel, így: Azonban mind s, mind pedig ééke ismeelen. 0 s 0.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció Ha s elaív pím -hez: a nevező a megoldás. 0 Ha s 0 -nak és -nek van közös oszója: ieaív eljáással csökkenjük az s 0 ééké az közös oszó megalálásáig.

Kvanum-p pímfakoizáció példa

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció A fakoizálni kíván N legyen N p 7, q 3. Az A egiszeben legyen 9 kvanumbi, az N N összefüggés figyelembevéelével. Ekko leheséges legkisebb ééke 9. Cél: peiodus meghaáozása, ado a és N éékek melle. Az algoimus végén =6 eedmény kell kapnunk! A B egisze legyen 5 kvanumbies. a : vélelen éék, elaív pím N-hez, illeve a N, így a. Ha a vélelen válaszo éékünk nem lenne elaív pím N hez, N pímfakoai könnyen megalálhanánk az LNKO(a,N) segíségével.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció. A endsze kezdei állapoa : 0 00 00. n A Hadamad anszfomáció végehajása uáni állapo : 9 9 x0 x0 x 0 x 0 5 5 x0 x 0.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció. V a x 5 5 a x x 0 x modn 5 5 x0 anszfomáció végehajása: x0 V a 0 4 3 8 4 6 5 5 6 7 8 4 9 8 0 6. A B-egisze éékei szein csopoosíva, oszlopok szein pedig növekvő soendbe endezhejük.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció Az áendezés uáni eedmény ebben az eseben azé nem szimmeikus, me a peiódus ééke nem keő haványa. Így az első ké soban 86 éék alálhaó, a öbbiben pedig 85. 5 0 6 504 50 7 3 505 5 8 4 506 4 3 9 5 507 8 4 0 6 508 6 5 7 509.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció 5 0 6 504 50 7 3 505 5 8 4 506 4 3 9 5 507 8 4 0 6 508 6 5 7 509. Az áendezés köveően az egy soban lévő éékek szá ma: / 5/6 86.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció Beméjük a B egisze: A leheséges függvényéékek a kövekezők lesznek: ( ) x F x mod( ). Az F( x) függvény álal felve éé kek: x 0 3 4 5 6 7 8 9 0 3 F(x) 4 8 6 4 8 6 A B egiszeen elvégze méés eedménye a,, 4,8,6, halmazból keülhe csak ki!

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció A méésünk eedménye legyen. Ekko: 3 7 3 505 5 86 így az előbbi áendezésnél kapo éékhez aozó so lesz a méés eedménye. Az állapo valószínűségi ampliúdója:. 5 6 6 86. x 0 3 4 5 6 7 8 9 0 3 F(x) 4 8 6 4 8 6

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció A B egiszeen elvégze méés m s eedménye kövekezében az A-egiszeben A csak azon so maad, amely az akuális méési eedmény nyünkneknknek megfelel. Így, az A-egiszeben csak olyan éékek maadak, amelyek a mé m eedmény állíják k elő,, ehá egy eljes peiódus kapunk. Ebből l az eedményb nyből l azonban még m g nem udjuk kinyeni az ééké,, ezé a kövekezk vekező lépésben a Fouie anszfomáci ció alkalmazása kövekezik. k x 0 3 4 5 6 7 8 9 0 3 F(x) 4 8 6 4 8 6

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció A B-egiszeen elvégze méés eedménye, így a b 0, azaz b. 0 85 DFT DFT 6k 86 k 0 4 3 5 85 6xk x i i 5 5 e e x. 5 x0 86 k0 Mivel 5/6-=84.3333 85, így keekíünk.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció 85 6xk i 5 A e ag csak abban az eseben nem nulla, ha 86 k 0 x s /, ahol s 0,, -, ezen x éékek melle a szöglees záójelben lévő kifejezés x x x x x x 05/6 0 5 / 6 85 5/6 7 35/6 56 4 5 / 6 34 5 5 / 6 47 :

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció x legyen 5 / 6 85 4 5 85 6 5/ 6 k x i i 5 5 e e x 5 x0 86 k0. 4 e e x a x0 / k0 0 0 0 ik s ixb / b.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció Ha s: 0 0 és 5 közöi inevallumból keül ki, akko s0 s05. 6 A anszfomáció eedménye csak abban az eseben különbözik nulláól, ha xs/ s 0,, -. Mekkoa a valószínűsége annak, hogy az A-egisze megméése soán a 0-5 közöi inevallumból éppen x ééke fogok kapni? x A keese P valószínűség: 85 6 xk i 5 P x e 586 k 0.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció A P x valószínűség maximális ééké éékek eseén veszi fel, ekko: P x 5 6s k 85 6xk i 85 i 5 5 k0 x 5 s e 586 586 k0 e 5 6 k 85 i 6 5 e 586 586 85 k 0 k 0 e isk. Mivel eedmény. : N az x bemééséből nagy valószínűséggel kiolvashaó az

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció 85 6 xk i 5 P x e 586 k 0. A csúcséékek az x=0,85,7,56,34,47 éékeknél alálhaóak. A csúcséékek ponossága az A-egiszeben alálhaó kvanumbiek számáól függ.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció Leheséges méési eedmények vizsgálaa: x 0: algoimus leáll, úja kell fuanunk, azonban a B egiszeen elvégze méés eedményé a megajuk. Csak a B egiszeen elvégze méés uáni észeke fuajuk úja, így annak a valószínűsége, hogy x=0 isméelen: 85 60k i 5 P e 0 586 k 0 86 86 0.67. 586 5

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció Ha x 85, az eedmény oszjuk vel : hiszen, ha s, akko: 0 85 5 x = s0 / 6, s0 85. 5 6 85 s0 85 Cél: éékéből meghaáozni az peiódus. Azaz : ből az éék előállíásá 5 5 kell elvégeznünk. Ehhez számláló ééké kell folyamaosan csökkenenünk addig, amíg el nem ée az -e, a nevezővel együ. x x k 0 k k p.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció x x k 0 k. k p Az ieáció alkalmazása x 85 eseén: 85 5 5. 6 5 85 85 85 85. 4 85 3. STOP. Azaz: 85. 5 6 4 85 A felbonása: 5 4 85,,,,. 6 46 856 6 6 6

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció 85 4 85 4 85 A felbonása:,,,,. 5 6 46 856 6 53 5 4 85 Mivel N, így azoneleme válaszjuk a,, halmazból, 6 53 5 amelynek nevezője kisebb, min : 6 Ellenőzé s : =6. 6 mod N mod eljesül.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció Ha a méés eedménye a 67 x 75 közöi inevallumból keül ki, akko: 85 s0 s0. 5 A felbonás elvégezve:. Ekko ehá nem magá az peiódus, hanem annak egyik 6 3 3 fakoá kapuk. Ezen eedmény ellenőizve : 8 mod. A keese peiodus. A méésünk eedménye 3 le, azonban az ellenőzésnél kideül, hogy ez nem lehe a keese. Azon ééké keessük, amely az peiódusa. x 3 x Tudjuk, hogy x 8, így F ( x) 8 mod() függvény alapján: x 0 3 4 5 6 7 8 9 0 3 F(x) 8 8 8 8 8 8 8 A kapo peióduséék, az az. A keese peiodus ehá: 36.

Kvanum pímfakoizáció A kiinduló adaok az áamkö léehozásához: A fakoizálandó szám: N=. A függvényhez válaszo vélelenszám: a=. Az A-egiszeben alálhaó kvanumbiek száma: =9.

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció A szimuláci ció végezével a megkapjuk az egyes állapookhoz aozó valósz színűségi ampliúdók ééké.. A szimuláci cióval kapo eedmények közül k l a legnagyobb valósz színűségi ampliúdóhoz aozó éék k adja meg a k ééké,, ami 85. 000000000> 0.33789360338835 +.036795060958057E-8i. A-eg=85 a= A legnagyobb valószínűségű x éékek: x 0,85,7,56,34,47

Kvanum pímfakoiz mfakoizáció A kapo valósz színűségi ampliúdó éékből l előáll llíjuk a keese peiódus. Tudjuk, hogy k=85,, ebből l pedig a 5 k? összefüggés s felhasználásával kapjuk, hogy k 85 =0.6. 5 : isme, ééke 5 k ééke így 0.6 A nevező és a számláló felcseélésével, az előzőekben láo módon, a peiódus ééke innen má egyszeűen meghaáozhaó.