Clonage quantique variationnel : Améliorer l'aspect pratique de la cryptanalyse quantique.

Résumé La cryptanalyse des systèmes cryptographiques quantiques standard consiste généralement à trouver des stratégies d'attaque optimales pour l'adversaire sur les protocoles sous-jacents. Le principe de base de la modélisation des attaques quantiques se réduit dans de nombreux cas à la capacité de l'adversaire à cloner des états quantiques inconnus, ce qui facilite l'extraction de certaines informations secrètes significatives. Les stratégies d'attaque optimales explicites nécessitent généralement des ressources de calcul élevées en raison de la grande profondeur des circuits ou, dans de nombreux cas, sont inconnues. Dans ce travail, nous proposons le clonage quantique variationnel (VQC), un algorithme de cryptanalyse basé sur l'apprentissage machine quantique qui permet à un adversaire d'obtenir des stratégies de clonage optimales (approximatives) avec des circuits quantiques de faible profondeur, formés à l'aide de techniques hybrides classiques-quantiques. L'algorithme contient des fonctions de coût significatives sur le plan opérationnel avec des garanties théoriques, un apprentissage de la structure des circuits quantiques et une optimisation basée sur la descente de gradient. Notre approche permet la découverte de bout en bout de circuits quantiques efficaces sur le plan matériel pour cloner des familles spécifiques d'états quantiques, ce qui conduit à une amélioration des fidélités de clonage lorsqu'elles sont mises en œuvre sur du matériel quantique : la puce Aspen de Rigetti. Enfin, nous relions ces résultats à des primitives cryptographiques quantiques, en particulier le tirage à pile ou face quantique. Nous dérivons des attaques sur deux protocoles à titre d'exemple, basées sur le clonage quantique et facilitées par VQC. Par conséquent, notre algorithme peut améliorer les attaques à court terme sur ces protocoles, en utilisant le clonage quantique approximatif comme ressource.