TORUS Quantum Security Framework A Probabilistic Quantum Authentication Approach

ABSTRACT (english)

The TORUS Quantum Security Framework introduces a probabilistic approach to authentication based on parameterized quantum circuits and distribution-based verification.

Rather than relying on fixed credentials, TORUS models identity as a statistical signature emerging from repeated quantum circuit executions on NISQ devices. Authentication is performed by comparing observed output distributions to reference distributions using statistical distance metrics.

The framework is structured into two complementary layers:

• TORUS 1 (Applied Layer): an implementable quantum-classical authentication model based on measurable circuit outputs, statistical validation, and reproducible distributional signatures.

• TORUS 2 (Interpretative Layer): a conceptual framework that provides structured representations of quantum transformations, enabling analysis of system behavior in terms of stability, convergence, and transformation dynamics, without introducing new physical claims.

Simulations using Qiskit demonstrate stable and reproducible distributional signatures dependent on circuit structure and parameters. TORUS explores regimes where classical simulation becomes computationally expensive, without asserting absolute classical irreproducibility.

This approach proposes a shift from deterministic identity verification toward probabilistic coherence analysis, opening new directions in post-quantum cybersecurity.

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RESUME (french)

Le TORUS Quantum Security Framework introduit une approche probabiliste de l’authentification fondée sur des circuits quantiques paramétrés et une vérification basée sur des distributions.

Plutôt que de reposer sur des identifiants fixes, TORUS modélise l’identité comme une signature statistique émergeant d’exécutions répétées de circuits quantiques sur des dispositifs NISQ. L’authentification est réalisée en comparant les distributions de sortie observées à des distributions de référence à l’aide de métriques de distance statistique.

Le cadre est structuré en deux couches complémentaires :

• TORUS 1 (couche appliquée) : un modèle d’authentification quantique-classique implémentable, fondé sur des sorties mesurables de circuits, une validation statistique et des signatures distributionnelles reproductibles.

• TORUS 2 (couche interprétative) : un cadre conceptuel permettant de représenter et d’analyser les transformations quantiques en termes de stabilité, de convergence et de dynamique de transformation, sans introduire de nouvelles hypothèses physiques.

Des simulations réalisées avec Qiskit démontrent l’existence de signatures distributionnelles stables et reproductibles, dépendantes de la structure et des paramètres des circuits. TORUS explore des régimes dans lesquels la simulation classique devient coûteuse, sans affirmer une irréductibilité absolue.

Cette approche propose un passage d’une vérification déterministe de l’identité à une analyse de cohérence probabiliste, ouvrant de nouvelles perspectives en cybersécurité post-quantique.