Подходы к прогнозированию результатов выработки случайных двоичных последовательностей, генерируемых на квантовых вычислительных устройствах

DOI: 10.21293/1818-0442-2025-28-2-96-105

Скачать текст статьи в формате PDF

Скачать JATS xml

Аннотация: Доработан функционал приложения с графическим интерфейсом по выработке бинарных последовательностей на облачных квантовых компьютерах в рамках добавления программных инструментов построения регрессионных моделей. Построены модели множественной линейной регрессии и бинарного выбора, где в качестве независимых параметров моделей использованы актуальные на момент эксперимента технические характеристики квантовых состояний. Прогнозируемые значения отражают ожидаемые результаты проверки последовательностей набором статистических тестов NIST STS, а также степень равномерности распределения «0» и «1» в сгенерированных последовательностях. В рамках исследования, основываясь на информации об актуальных технических характеристиках квантового процессора, предложены подходы к прогнозированию результатов генерации случайных чисел на квантовых вычислительных устройствах, что может быть полезным при проектировании квантовой схемы до ее непосредственного запуска.

Ключевые слова: квантовый компьютер, генерация случайных чисел, кубит, регрессионный анализ

Библиография статьи:
Крючков А. А. Подходы к прогнозированию результатов выработки случайных двоичных последовательностей, генерируемых на квантовых вычислительных устройствах / А. А. Крючков, Ю. И. Пастухова // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2025. – Т. 28, № 2. – С. 96–105. DOI: 10.21293/1818-0442-2025-28-2-96-105

Авторы и правообладатели:

  • Крючков А. А. , ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет» (Москва, Россия)
  • Пастухова Ю. И. , Центральный экономико-математический институт РАН (Москва, Россия), ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет» (Москва, Россия)

  • 1. Балыгин К.А. Реализация квантового генератора случайных чисел: экстракция доказуемо случайных битовых последовательностей из коррелированных марковских цепочек / К.А. Балыгин, С.П. Кулик, С.Н. Молотков // Письма в ЖЭТФ. – 2024. – Т. 119, № 7. – С. 533–544.
  • 2. Гайдаш А.А. Математическая модель квантового генератора случайных чисел на основе флуктуации вакуума / А.А. Гайдаш, Р.К. Гончаров, А.В. Козубов, П.В. Яковлев // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. – 2024. – Т. 20, № 2. – С. 136–153.
  • 3. Петренко А.А. Генерация случайных чисел с использованием массива связанных лазеров на основе микростолбиков с квантовыми точками / А.А. Петренко, А.В. Ковалев, В.Е. Бугров // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2021. – Т. 21, № 6. – С. 962–968.
  • 4. Homodyne-based quantum random number generator at 2.9 Gbps secure against quantum side-information / T. Gehring, C. Lupo, A. Kordts et al. // Nat Commun. – 2021. – Vol. 12. – P. 605.
  • 5. Орлов М.А. Оценка статистических свойств и криптографической стойкости случайных последовательностей, полученных квантовым компьютером IBM / М.А. Орлов, К.А. Нечаев, С.А. Резниченко // Безопасность информационных технологий. – 2023. – Т. 30, № 1. – С. 14–26.
  • 6. Quantum random number generator using a cloud superconducting quantum computer based on source-independent protocol / Y. Li, Y. Fei, W. Wang et al. // Sci. Rep. – 2021. – Vol. 11. – P. 23873.
  • 7. Hybrid Hadamard and Controlled-Hadamard Based Quantum Random Number Generators in IBM QX / R. Salehi, M. Razaghi, B. Fotouhi. // Physica Scripta. – 2022. – Vol. 97, № 6. – P. 065101.
  • 8. Partial loopholes free device-independent quantum random number generator using IBM’s quantum computers / A. Yadav, S. Mishra, A. Pathak. // Physica Scripta. – 2024. – Vol. 99, No. 11. – P. 115103.
  • 9. Preskill J. Quantum computing in the NISQ era and beyond // Quantum. – 2018. – Vol. 2. – P. 79.
  • 10. Randomized Compiling for Scalable Quantum Computing on a Noisy Superconducting Quantum Processor / A. Hashim, R. Naik, A. Morvan, J. Ville et al. // Physical Review X. – 2021. – Vol. 11, No. 4. – P. 041039.
  • 11. Крючков А.А. Неочевидные аспекты бенчмарка квантовых вычислительных устройств на примере генерации случайных чисел / А.А. Крючков, К.Е. Комогоров // Правовая информатика. – 2024. – № 4. – С. 42–52.
  • 12. Дорожная карта развития «сквозной» технологии «Квантовые технологии» // Минцифры РФ. – 2019 [Электронный ресурс]. – URL: https://digital.gov.ru/uploaded/files/07102019kvantyi.pdf (дата обращения: 11.07.2025).
  • 13. Овсянников А.П. О проекте межуниверситетской квантовой сети / А.П. Овсянников, Б.М. Шабанов // Программные продукты и системы. – 2023. – Т. 36, № 4. – С. 695–702.
  • 14. Alibrahim O. Unveiling Samsung Quantum Galaxy: Securing Smartphones With Quantum and Post-Quantum Cryptography // IEEE. – 2025. – Vol. 13. – P. 73202–73218.
  • 15. В России разработан криптографический механизм, способный выдерживать атаки квантовых компьютеров // ТК-26. – 2024 [Электронный ресурс]. – URL: https://tc26.ru/news/novosti-kriptografii/v-rossii-razrabotankriptograficheskiy-mekhanizm-sposobnyy-vyderzhivat-atakikvantovykh-kompyuterov.html (дата обращения: 11.07.2025).
  • 16. NIST SP 800-22. Набор статистических тестов для проверки работы генераторов случайных чисел и генераторов псевдослучайных чисел для криптографических приложений // NIST. – 2011 [Электронный ресурс]. – URL: https://csrc.nist.gov/projects/random-bit-generation/documentation-and-software (дата обращения: 07.07.2025).
  • 17. Патент РФ № RU2025613655. QISs_v.0.3.9 // Патент России № 2025611456, 2025. заявл. 28.01.2025. опубл. 13.02.2025 / А.А. Крючков.
  • 18. Облачный репозиторий проектов GitHub // QISs. – 2025 [Электронный ресурс]. – URL: https://github.com/cyberravenman/QISs/tree/main/Expierement/Data%2BModels (дата обращения: 11.07.2025).
  • 19. Проект методики по криптографической защите информации // ТК-26. – 2025 [Электронный ресурс]. – URL: https://tc26.ru/forum/viewtopic.php?f=61&t=1299&p=3441&hilit=ФГСЧ#p3441 (дата обращения: 11.07.2025).
Адрес редакции

  634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, МК, каб. 310/2

  (3822) 701-582, внутр.: 1456

  journal@tusur.ru