Kvanttitietokoneet ja kvanttialgoritmit kryptografiassa

Abstract

Tässä kandidaatintyössä perehdymme kvanttialgoritmeihin ja kvanttitietokoneiden ominaisuuksiin ja toiminnallisuuksiin, jotka mahdollistavat kvanttialgoritmien käyttämisen ja luomisen. Kvanttitietokoneiden kehitysten myötä mahdollisten nousevien kryptografisten uhkien ymmärtäminen on ensiarvoisen tärkeää tämänhetkisten kryptosysteemien turvaamiseksi. Kvanttialgoritmeilla on käyttökohteita myös kryptografiassa, minkä vuoksi työssä keskitytään kvanttialgoritmeihin kryptografisesta näkökulmasta, sekä esitellään kvanttiturvallista kryptografiaa.

Tässä työssä tutkitaan myös hakuongelmia nopeuttavaa Groverin algoritmia, jonka käytännön toteutuksen keskiössä on tutkia sen teoreettista nopeutusta hakuongelmiin, sekä väsytyshyökkäyksiin. Käytännön toteutuksella suoritetaan useita etsintöjä kvanttitietokoneella Qiskit-viitekehyksen avulla. Tuloksia pohditaan sekä kryptografisesta että algoritmin tehokkuuden näkökulmista.

Työ tarjoaa tietoa kvanttitietokoneista ja kvanttialgoritmeista kryptografiassa, sekä niiden nykytilasta ja kehitysasteesta. Työssä pohditaan Groverin algoritmin potentiaalia saavutettujen tuloksien pohjalta, sekä annetaan uusia tutkimuskysymyksiä.