Implementação de algoritmo quântico em linguagem funcional e multiparadigma aplicado à segurança da informação

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento do algoritmo quântico de Shor, em linguagem funcional (Haskell) e multiparadigma (Python), avaliando seu desempenho nessas linguagens quanto ao tempo de execução. Para o desenvolvimento da simulação e testes em ambiente quântico na linguagem Python, utiliza-se a plataforma IBM-Q, juntamente com o Qiskit e o Jupyter Notebook (Open-source). Para os testes com a linguagem Haskell é utilizada conjuntamente a biblioteca monada QIO. Com a realização desses testes, faz-se a comparação em termos de desempenho computacional. Ao longo do processo é possível notar que Haskell obtém os melhores resultados com relação à eficiência (em relação à Python), utilizando menor quantidade de memória RAM. Porém, com Haskell, a simulação se limita a 5 qubits enquanto em Python, é possível utilizar até 7 qubits. Em relação à segurança da informação, para demonstrar a capacidade do algoritmo de fatoração Shor quebrar o método RSA, é usada a versão implementada em Python e Qiskit, uma vez que essa biblioteca suporta maiores volumes de dados.

This work aims to present the development of Shor's quantum algorithm, in functional language (Haskell) and multiparadigm (Python), evaluating its performance in these languages in terms of execution time. For the development of simulation and tests in a quantum environment in the Python language, the IBM-Q platform is used, together with Qiskit and Jupyter Notebook (Open source). For tests with the Haskell language, the monada QIO library is used together. With the performance of these tests, a comparison is made in terms of computational performance. Throughout the process, it is possible to notice that Haskell obtains the best results in terms of efficiency (compared to Python), using a smaller amount of RAM. However, with Haskell, the simulation is limited to 5 qubits while in Python, it is possible to use up to 7 qubits. Regarding information security, to demonstrate the ability of the Shor factorization algorithm to break the RSA method, the version implemented in Python and Qiskit is used, since this library supports larger volumes of data.