Komercjalizacja Kryptografii Kwantowej

Komercjalizacja Kryptografii Kwantowej (w tym systemów Kwantowej Dystrybucji Klucza QKD i powiązanych technologii kwantowych) prowadzona jest pod marką seQre przez firmę CompSecur sp. z o.o. w ramach współpracy badawczo-rozwojowej z Politechniką Wrocławską realizowanej od 2005 roku.

Osiągnięty rozwój technologiczny w kryptografii kwantowej obejmuje:

  1. Systemy Kwantowej Dystrybucji Klucza (QKD) seQre splątaniowe i bezsplątaniowe
  2. Wdrożenie splątaniowej i bezsplątaniowej sieci metropolitalnej QKD
  3. Rozwój i prototypowanie Generatorów Kwantowych Liczb Losowych (QRNG)
  4. Praca nad międzynarodowymi standardami branżowymi technologii kwantowych związanymi z QKD i QRNG
  5. Zaangażowanie w krajowe i międzynarodowe inicjatywy w zakresie rozwoju technologii kwantowych
  6. Patentowanie systemów i urządzeń związanych z kryptografią kwantową i technologiami kwantowymi
  7. Specjalistyczne szkolenia i doradztwo w zakresie kryptografii kwantowej i technologii kwantowych
  8. Dalsze powiązane działania badawczo-rozwojowe


Jeśli reprezentujesz firmę lub instytucję zainteresowaną wdrożeniem lub innymi aspektami komercjalizacji w zakresie kryptografii kwantowej, skontaktuj się z nami, przesyłając zapytanie ofertowe lub dowiedz się więcej o postępach w rozwoju tej technologii, czytając dalej.

Poniższe sekcje zawierają szczegóły dotyczące odpowiednich ww. dziedzin działalności w zakresie komercjalizacji kryptografii kwantowej i powiązanych technologii kwantowych:

1) Splątaniowe i bezsplątaniowe układy seQre kwantowej dystrybucji klucza (QKD)

Po ponad 15 latach badań i rozwoju w kryptografii kwantowej komercjalizujemy następujące układy QKD seQre:

  • seQre Aurora - bezsplątaniowy układ QKD - (zabezpieczenia krytycznych łączy światłowodowych)
  • seQre Eclipse - bezsplątaniowy układ QKD - (zabezpieczenia krytycznych łączy światłowodowych i laboratoryjna platforma badawczo-rozwojowa)
  • seQre Crystal - splątaniowy układ QKD - (zabezpieczenia krytycznych łączy światłowodowych i laboratoryjna platforma badawczo-rozwojowa)


Zintegrowane bezsplątaniowe układy QKD seQre (Aurora i Eclipse)

Komponenty optyki kwantowej i komponenty elektroniczne zintegrowane w układach QKD w sposób umożliwiający realizację kwantowej dystrybucji klucza bez wykorzystania splątania kwantowego, także przy komercyjnych zastosowaniach, jak również jako platformy eksperymentalnej dla badań i rozwoju w zakresie niesplątanej kryptografii kwantowej:
  • Specyfikacja techniczna:
    • Kwantowe moduły optoelektroniczne zintegrowane w 2 stacjach końcowych połączonych światłowodami (kompatybilność WDM), sterowane komputerowo w ramach spójnej architektury sprzętowej i programowej, umożliwiające komercyjne zastosowania oraz prace badawczo-rozwojowe (platforma badawczo-rozwojowa)
    • Lserowe źródło fotonów i detektory oparte na diodach lawinowych (stabilizowane termicznie)
    • Kodowanie qubitów na fazach fotonów (interferometry z automatyczną kompensacją)
    • Implementacja BB84 i innych protokołów bezsplątaniowych (np. B92 lub SARG04)
    • Umożliwienie realizacji symetrycznego szyfru jednorazowego - One-Time Pad (OTP) i AES
    • Implementacja kluczowego protokołu destylacji
    • Wdrażanie procedur uzgadniania (rekoncyliacji) klucza i wzmacniania (amplifikacji) prywatności
    • Implementacja oprogramowania interfejsowego (w warstwie protokołowej i usługowej wraz z bibliotekami procedur umożliwiających programowanie systemu)
    • Maksymalny zasięg transmisji: co najmniej 50 km (Eclipse) i co najmniej 100 km (Aurora)
    • Prędkość dystrybucji klucza tajnego: co najmniej 1 Kbit/s na odległości 25 km (Eclipse) i co najmniej 10 Kbit/s (Aurora)
    • Możliwość synchronizacji interfejsowej układu z zewnętrznymi elementami elektronicznymi i optycznymi
    • Temperatura pracy od 10 do 30 ° C
    • Gwarancja techniczna: 24 miesiące
  • Zamówienie: wyślij zapytanie ofertowe RFP

Zitengrowany splątaniowy układ seQre QKD (Crystal)

Elementy optyki kwantowej i komponenty elektroniczne zestawione w zintegrowanym systemie QKD zdolnym do realizacji kwantowej dystrybucji klucza za pomocą splątania kwantowego, co umożliwia zastosowania komercyjne oraz eksperymentalne badania i rozwój w dziedzinie splątaniowej kryptografii kwantowej:
  • Specyfikacja techniczna:
    • Kwantowe moduły optoelektroniczne generujące splątanie kwantowe stanów polaryzacji fotonów, zintegrowane w 2 stacjach końcowych zarówno w konfiguracji światłowodowej (kompatybilność z WDM), jak i teleskopowej (swobodna wiązka laserowa w przestrzeni), sterowane komputerowo za pomocą architektury sprzętowej i programowej, które umożliwiają komercyjne aplikacje i prace badawczo-rozwojowe (platforma badawczo-rozwojowa)
    • Wdrożenie procedury generowania splątania kwantowego stanów polaryzacji fotonów (nośnik qubitów informacji kwantowej) poprzez przepuszczenie wiązki laserowej przez silnie dwójłomny kryształ BBO beta-boranu baru w ramach spontanicznego nieliniowego procesu parametrycznej konwersji w dół (SPDC)
    • Źródło w postaci silnie pompowanego lasera i detektory oparte na diodach lawinowych (stabilizowane termicznie)
    • Implementacja protokołów BB84, jak również E91 QKD opartych na splątaniu kwantowym (w tym implementacja przesiewania kluczy, destylacji kluczy, korekcji błędów i wzmocnienia prywatności)
    • Wyposażenie w zintegrowane elektroniczne systemy sterowania i systemy interfejsowe (w tym systemy synchronizacji)
    • Otwarte pakiety oprogramowania (zawierającego programowalne biblioteki wraz z ich kodami źródłowymi, aby umożliwić funkcjonalne przeprogramowanie konfiguracji)
    • Maksymalny zasięg transmisji danych za pośrednictwem łącz światłowodowych: co najmniej 10 km
    • Maksymalny zasięg bezprzewodowej transmisji danych (swobodna wiązka laserowa w atmosferze): co najmniej 500 m
    • Szybkość generacji klucza tajnego: co najmniej 1 Kbit/s na dystansie 10 km
    • Temperatura pracy od 10 do 30 ° C
    • Gwarancja techniczna: 24 miesiące
  • Zamówienie: wyślij zapytanie ofertowe RFP

Wszystkie układy oferowane są na podstawie uprzednio złożonego zapytania ofertowego (RFP), w którym wstępnie określono wymagania dotyczące wdrożenia. Proponowane koszty wdrożenia zależą od specyfikacji kontekstu wdrożeniowego.

Więcej szczegółów na temat komercjalizacji układów QKD seQre:


Strategia komercjalizacji kryptografii kwantowej:

Broszura komercjalizacyjna dla kwantowo-zabezpieczonych bankomatów:

Podsumowanie osiągnięć technologicznych:

Investment prospect:

Annex 1 to the stage 1 project report "Support for patent procedures and protection of industrial property rights in the area of commercialization of quantum cryptography" - results of the research subject to commercialization and patent protection obtained in the course of the project "Research and development towards the commercialization of quantum cryptography in non-entangled and entangled systems":

Annex 2 to the stage 1 project report "Support for patent procedures and protection of industrial property rights in the area of commercialization of quantum cryptography" - identification and analysis of the activity of the main quantum cryptography area representatives on the international market
:


2) Pilot deployment of entanglement and non-entanglement QKD metropolitan network

Historic outline of pilot network deployments in the field of quantum communication and related activity:

  • First Polish national entangled QKD systems co-implemented with Austrian Institute of Technology (AIT) - 2013-2017
  • December 2013 - February 2014: The first pilot implementations of prototype entanglement and non-entanglement QKD systems within the Wrocław QKD Network (3-nodes fiber optics backbone metropolitan telecommunication network), the world's third pilot metropolitan implementation of a joint non-entanglement and entanlement based QKD network in Wrocław after Vienna and Tokyo, more on the technical details at: https://seqre.net/seqre2014/wroclaw.php)
  • January 2014 - December 2019: Research cooperation with AIT as part of the Austrian QKD-TELCO project in development of entangled QKD systems in backbone telecommunications networks (dark fiber)


Szczegóły techniczne:



3) Rozwój i prototypowanie kwantowych generatorów liczb losowych (QRNG) w celu komercjalizacji zintegrowanych układów QKD

Kolejne znaczące rezultaty zostały również osiągnięte w ramach rozwoju generatorów kwantowych liczb losowych. Kluczowe osiągnięcie, splątaniowy protokół EQRNG kwantowej generacji losowości z publiczną weryfikacją losowości bez naruszania jej tajemnicy, został opublikowane w czasopiśmie Scientific Reports z publikacją dostępną pod adresem https://www.nature.com/articles/s41598-019-56706-2. Ważnym aspektem tego osiągnięcia (które po raz pierwszy upubliczniono w zgłoszeniu patentowym z grudnia 2017 r.) jest określenie protokołu kwantowego weryfikacji losowości rozkładu sekwencji binarnej. Rozwiązanie to ma wiele wspólnego z rezultatem tzw. kwantowej przewagi zademonstrowanej przez Google w październiku 2019 roku, powszechnie uznanej za przełom w obliczeniach kwantowych (prezentacja architektury i implementacji 53-qubitowego procesora Google Sycamore, zdolnego do wykonywania zadań nieosiągalnych dla całej mocy obliczeniowej klasycznych komputerów ze względu na złożoność obliczeniową, także w obszarze weryfikacji losowości rozkładu ciągu binarnego, co jak wykazaliśmy we wspomnianej publikacji, było kluczowym efektem dotychczasowych prac zgłoszonych do opatentowania w grudniu 2017 roku, czyli około dwa lata przed publikacją specyfikacji Google demonstrującej rezultat przewagi kwantowej.

Dodatkowo koncepcje techniczne opracowane w ramach platformy badawczej seQre podczas realizacji pierwszego etapu projektu, w tym model weryfikacji kwantowej losowości, zostały przyjęte przez ponad 150 członków Grupy Roboczej Generacji Kwantowej Losowości (EQRNG WG) pracującej w ramach Grupy Standaryzacji Kwantowej QSG Europejskiego Instytutu Certyfikacji Informatycznej EITCI jako zestaw trzech akceptowanych technicznych standardów referencyjnych dla generowania losowości kwantowej za pomocą splątania, z istotnym powiązaniem z architekturą procesora kwantowego Google Sycamore (więcej informacji na stronie https://eitci.org/technology-certification/qsg/eqrng). Włączenie wyników badań i rozwoju osiągniętych przez platformę seQre jako części definicji rozwijanych europejskich standardów referencyjnych w zakresie nowych technologii informacyjnych i komunikacyjnych w dziedzinie kwantowej wspiera inicjatywę Quantum Flagship Komisji Europejskiej. Działania te zostały zrealizowane przez zespół seQre we współpracy z Instytutem EITCI w ramach projektu StandICT Horizon 2020 (więcej informacji na stronie https://www.standict.eu).

The aforementioned achievements in the field of QRNG (especially in connection to the technological breakthrough of the so-called Google quantum supremacy), constitute an important milestone in new generation of QKD systems commercialization.


4) Praca nad międzynarodowymi standardami technicznymi w zakresie QKD i QRNG

Wrzesień 2013 - obecnie: Udział w międzynarodowych działaniach grupy standaryzacyjnej QKD ISG w ramach ETSI oraz grupy standaryzacyjnej QSG w ramach EITCI. Więcej szczegółów:

ETSI QKD-ISG:


EITCI QSG:



Techniczne Standardy Referencyjne przyjęte przez grupę roboczą EQRNG-QSG oparte na modelu iteracyjnym RFC szkiczów specyfikacyjnych obejmują:





5) Zaangażowanie w narodowe i międzynarodowe inicjatywy rozwoju technologii kwantowych

EuroQCI w Polsce


European Commission DG DEFIS - Directorate-General for Defence Industry and Space - Call for Ideas for Recommendations on Research & Innovation (R&I) topics in Quantum Technologies for Space Based Systems:



6) Patentowanie

Report on the technology state of the art evaluation within the project "Support for patent procedures and protection of industrial property rights in the area of commercialization of quantum cryptography":

Report on the technology state of the art evaluation within the project "Support for patent procedures and protection of industrial property rights in the area of commercialization of quantum cryptography" - Appendix A - information pages of the analyzed patents:

Report on the technology state of the art evaluation within the project "Support for patent procedures and protection of industrial property rights in the area of commercialization of quantum cryptography" - Appendix B - analyzed publications:

Report on the economic validity of applying patent protection to the quantum cryptography research results within the project "Support for patent procedures and protection of industrial property rights in the area of commercialization of quantum cryptography":

Quantum cryptography commercialization strategy within the project "Support for patent procedures and protection of industrial property rights in the area of commercialization of quantum cryptography":

Wnioski patentowe:

  • UPRP P.424145 [WIPO ST 10/C PL424145] Patent
  • Entanglement Quantum Random Number Generator with public randomness certification - not disclosed yet


  • UPRP P.424146 [WIPO ST 10/C PL424146] Patent
  • The One-Qubit Pad (OQP) for entanglement encryption of quantum information - not disclosed yet


  • UPRP P.424142 [WIPO ST 10/C PL424142] Patent
  • Quantum Entanglement Currency (QEC) - not disclosed yet


  • UPRP P.424143 [WIPO ST 10/C PL424143] Patent
  • BANQOMAT – QKD secured ATM system - not disclosed yet


  • UPRP P.424144 [WIPO ST 10/C PL424144] Patent
  • Quantum Entanglement Digital Signature (QEDS) - not disclosed yet




  • UPRP P.355071 / PL203033 Patent
  • Quantum dots device for generation of coherent far-infrared radiation achieving population inversion in a QD matrix



7) Specjalistyczne szkolenia i konsultacje w zakresie kryptografii kwantowej technologii kwantowych

We współpracy z Instytutem EITCI, CompSecur sp. z o.o. w znaczący sposób współuczestniczyło w rozwoju programów szkoleniowo-certyfikacyjnych w zakresie kwantowej kryptografii i kwantowych technologii.

Na podstawie tych prac powstały następujące programy certyfikacyjne standardu EITC (Europejskiej Certyfikacji Informatycznej):


EITC/QI/QIF: Informatyka kwantowa w kontekście bezpieczeństwa

Wprowadzenie do mechaniki kwantowej
Formalizm informatyki kwantowej
Przestrzeń Hilberta
Funkcje falowe i wektory (ortogonalne i nieortogonalne)
Baza
Operatory unitarne i hermitowskie
Rozkład spektralny
Notacja Diraca
Postulaty
Stan kwantowy
Ewolucja unitarna i równanie Schrödingera
Pomiar kwantowy (rzutowanie von Neumana)
Iloczyn tensorowy i splątanie kwantowe
Kwantowy paradygmat informacji
Definicja (stan kwantowy, źródła wiadomości)
Jednostka (qubit), sfera Blocha
Splątanie qubitów, stany Bella
Miara splątania i informacji kwantowej (entropia von Neumanna)
Pomiar kwantowy qubitów
EPR i złamanie zasady realizmu lub lokalności
Nierówności Bella
Teleportacja kwantowa
Kwantowa teoria obwodów
Bramki kwantowe
Bramki jednoqubitowe (Pauliego, Hadamarda, Fazy)
Bramki wieloqubitowe (CNOT, Toffola)
Zbiór uniwersalny (CNOT i bramki jednoqubitowe)
Odwracalność
Realizacja algorytmów kwantowych
Układ realizujący kwantową transformatę Fouriera – wykładnicze przyspieszenie
Układ realizujący teleportację kwantową
Kwantowe aspekty bezpieczeństwa
Algorytm faktoryzacji Shora
Twierdzenia no-cloning, no-deleting, no-broadcasting
Kwantowa dystrybucja klucza QKD
Realizacje praktyczne komputera kwantowego
Dekoherencja
Kryteria DiVincenzo
Technologia pułapkowanych jonów
Technologia NMR
Technologia kropek kwantowych
Orbitalne stopnie swobody
Spinowe stopnie swobody
Topologiczne stopnie swobody

EITC/IS/QCF: Kryptografia kwantowa
Klasyczne podejście do bezpiecznego przesyłania informacji
Ogólna koncepcja bezpiecznych kanałów informacyjnych
Kryptografia z kluczem prywatnym
Kryptografia z kluczem publicznym
Uwierzytelnianie
Kanały z szumem – detekcja i korekcja błędów
Słabości kryptografii klasycznej
Koncepcja absolutnie bezpiecznych kanałów kwantowych
Informacja kwantowa
Podstawowe idee informacji kwantowej (pojęcie qbitu, twierdzenie No-Cloning)
Kwantowe przetwarzanie informacji w praktyce
Wykorzystanie mechaniki kwantowej do ochrony informacji klasycznej
Kwantowa dystrybucja klucza
Kwantowa dystrybucja klucza bez splątania
Kluczowe własności spolaryzowanych fotonów
Protokół BB84
Protokół B92
Kwantowa dystrybucja klucza ze splątaniem
Splątanie kwantowe i twierdzenie Bella
Protokół splątaniowy Ekerta
Bezpieczne kanały informacyjne z wykorzystaniem QKD
Potencjalne ataki na schemat kwantowej dystrybucji klucza
Kanały kwantowe z szumem
Wzmacnianie prywatności
Uwierzytelnianie
Kompletny schemat bezpiecznej komunikacji
Teoretyczna analiza bezpieczeństwa
Praktyczne realizacje kryptografii kwantowej
Praktyczne realizacje kryptografii kwantowej
Sieć kwantowa DARPA
Struktura sieci
Zaimplementowane technologie
Warstwa programowa sieci
Rozszerzenia protokołu IPSec
Projekt SECOQC
Rozwiązania komercyjne
Inne zastosowania i podsumowanie
Inne zastosowania mechaniki kwantowej w kryptografii
Zobowiązanie bitowe i kwantowy rzut monetą
Generatory liczb losowych
Nietypowe alternatywne próby uzyskania odpornych na podsłuch kanałów informacyjnych – protokół Kisha
Przyszłość kryptografii kwantowej
Podsumowanie



8) Dalsze powiązane aktywności badawczo-rozwojowe

Projects for industrial research and development co-funded by the European funds:

  1. Publications, conference presentations, research results gathered on the Resources page - https://seqre.net/resources
  2. "Prace badawczo-rozwojowe w kierunku komercjalizacji kryptografii kwantowej w układach bezsplątaniowych i splątaniowych" / „Research and development towards commercialization of non-entanglement and entaglement quantum cryptography”, PO IG PARP, UDA-POIG.01.04.00-02-043/11-00, 2012-2014
  3. "Badania nad nowymi protokołami kwantowej dystrybucji klucza w układach splątaniowej kryptografii kwantowej" / „Research and development on the new quantum key distribution protocols for entanglement-based quantum cryptography”, Innotech Hi-tech, NCBiR, INNOTECH-K1/HI1/20/159087/NCBR/12, 2013-2015
  4. "Wsparcie procedur patentowych i ochrony praw własności przemysłowej w obszarze komercjalizacji kryptografii kwantowej" / „Support for patent and intelectual protection procedures in the area of commercialization of quantum cryptography”, Patent+ NCBiR, PP3/W-32/D-2223/2014, 2015-2017
  5. "JURAND - Narodowy Kwantowy Generator Liczb Losowych" / "JURAND – National Quantum Random Number Generator", PO IR NCBiR, POIR.01.01.01-00-0173/15-00, 2016-... (project in progress, completed 1st stage, two prototypes of randomness generators, PhD thesis)
  6. "Quantum Random Numbers Generation Standardisation (QRNGS)" 2019-2020 (implemented under StandICT H2020 Programme, aiming at initiating international cooperation and workgroyp responsible for first industry technical reference specifications of quantum randomness generation technology in cooperation with international standard-defining bodies (i.a. NIST, CEN, CENELEC, ETSI, IEC)

Research infrastructure: KTK/NLTK PWr.: KTK / NLTK PWr .: quantum cryptography laboratory, quantum optics components, SPDC quantum entanglement generation systems (BBO), single-photon detectors and sources, optical and semiconductor components, computational cluster, non-entanglement QKD systems (phase coding in the Mach-Zehnder interferometer) , entanglement QKD systems (polarization entanglement); CompSecur sp. z o.o.: SPDC quantum entanglement generation systems (BBO), single-photon detectors and sources, computational cluster, entanglement and non-entanglement QKD systems, prototype QRNG systems

Awards and recognitions:

  • "Gazeta Prawna" ("Law Newspaper") Award for Innovative Company of the Year 2012 for CompSecur sp. z o.o.
  • First prize in the Technology category at the International Conference on Advanced Communications 2014 in Paris
  • Selection of Wroclaw entanglement-based QKD Network as one of the "7 wonders of Wroclaw" in Science category as a part of the exhibition within the celebration of Wroclaw as the European Capital of Culture in 2016
  • Recognition within the "Feynman: Quantum information and computation" session at the International Symposium on Quantum Technology 2018 in Aberdeen UK for the presentation of a semiconductor quantum randomness generator prototype

Media publications:

Technical publications:

Uzyskaj więcej szczegółów w sekcji Zasobów.

Zachęcamy do kontaktu, jeśli macie Państwo jakiekolwiek pytania lub propozycje współpracy dotyczącej badań, rozwoju, wdrożeń i komercjalizacji kryptografii kwantowej.