Ole aofa'i ole mea faigaluega fa'akomepiuta - ole fa'aoga mulimuli po'o se fao ile pusa oti? A tatou maua miliona qubits

I le tasi itu, quantum computing e foliga mai o se "atoatoa" ma le "le mafai ona faʻaumatia" auala faʻailoga e taofia ai soʻo se tasi mai le hacking i komepiuta ma faʻamaumauga. I le isi itu, sa i ai foi le fefe o le "tagata leaga" o le a le faʻafuaseʻi ona faʻaaogaina tekinolosi faʻatau ...

I ni nai masina talu ai, i Letters on Applied Physics, na faʻaalia e saienitisi mai Saina le televave quantum random numera generator (quantum random number generator, QRNG) fa'agaioiina i le taimi moni. Aisea e taua ai? Ona o le gafatia e gaosia (moni) numera faʻafuaseʻi o le ki i faʻailoga.

Tele QRNG faiga i aso nei o lo'o fa'aogaina vaega photonic ma mea fa'aeletoroni tu'ufa'atasi, ae o le tu'ufa'atasia o ia vaega i totonu o se matagaluega tu'ufa'atasi o lo'o avea pea ma lu'itau fa'apitoa tele. O le faiga na fausia e le kulupu e fa'aogaina ai le indium germanium photodiodes ma le transimpedance amplifier ua tu'ufa'atasia ma se masini photonic silicon (1) e aofia ai se faiga fa'apipi'i ma attenuators.

O le tuufaatasiga o nei vaega e mafai ai QR i le mauaina o faailo mai puna o quantum entropy fa'atasi ai ma le fa'aleleia atili o le tali fa'avave. O le taimi lava e iloa ai fa'ailoga fa'afuase'i, e fa'agaioia e se matrix gate e mafai ona fa'apolokalameina e maua mai ai numera fa'afuase'i mai fa'amatalaga mata'utia. O le masini e maua mai e mafai ona fa'atupuina numera i le toeitiiti 19 gigabits i le sekone, o se fa'amaumauga fou o le lalolagi. O numera fa'afuase'i e mafai ona lafo i so'o se komipiuta i luga ole uaea fiber optic.

Fa'atupuina o numera fa'asologa o quantum o lo'o i le fatu o fa'amatalaga. E masani ona fa'alagolago le fa'atupuina o numera fa'asolosolo i algorithms ua ta'ua o pseudo-random numera generators, lea, e pei ona ta'u mai e le igoa, e le'o fa'afuase'i ma o lea e ono a'afia ai. Luga opitika numera quantum generators kamupani faʻafuaseʻi moni e pei ole Quantum Dice ma IDQuantique o loʻo faʻaogaina i isi. O a latou oloa o loʻo faʻaaogaina faʻapisinisi.

lea e pulea ai le auala e galue ai mea faitino i luga o fua laiti. O le quantum e tutusa ma le bit 1 poʻo le bit 0 o le qubit. (2), e mafai fo'i ona 0 po'o 1, po'o i totonu o se mea e ta'ua o le superposition - so'o se tu'ufa'atasiga o le 0 ma le 1. Fa'atino se fa'atusatusaga i pa'aga masani e lua (e mafai ona 00, 01, 10, ma le 11) e mana'omia. fa sitepu.

e mafai ona faia fa'atatau i setete uma e fa i le taimi e tasi. O lenei fua fa'atatau - e afe qubits i nisi o auala e sili atu le mamana nai lo le supercomputer sili ona malosi i le lalolagi. O le isi quantum concept e taua tele mo quantum computing o fenumiaiona o qubits e mafai ona faʻamaopoopoina i se auala e faʻamatalaina e se tasi quantum state. O le fuaina o se tasi oi latou e vave ona iloa le tulaga o le isi.

E taua tele le faʻalavelave i faʻamatalaga ma fesoʻotaʻiga quantum. Ae ui i lea, o le gafatia o le quantum computing e le o le faʻavaveina o komepiuta. Nai lo lena, e maua ai se avanoa faʻapitoa i nisi vasega o faʻafitauli, e pei o le faʻatulagaina o numera tele, lea o le a iai ni aʻafiaga ogaoga mo saogalemu i luga ole laiga.

Le galuega sili ona faanatinati quantum computing o le fatuina lea o qubits e faʻamalieina mea sese e tatala ai le gafatia o le quantum computing. O le fegalegaleaiga i le va o le qubit ma lona siosiomaga e faʻaleagaina ai le lelei o faʻamatalaga i microseconds. O le vavaeeseina o qubits mai lo latou siosiomaga, mo se faʻataʻitaʻiga e ala i le faʻamafanafanaina i le vevela latalata i le zero atoatoa, e faigata ma taugata. Faʻateleina le pisa pe a faʻateleina le numera o qubits, e manaʻomia ai auala faʻapitoa e faʻasaʻo mea sese.

o lo'o fa'apolokalameina nei mai faitoto'a fa'afuainumera tasi, lea e mafai ona talia mo tama'i fa'ata'ita'iga komipiuta quantum, ae le talafeagai pe a o'o i le faitau afe o qubits. Talu ai nei, o nisi kamupani e pei o IBM ma Classiq o loʻo faʻalauteleina ni faʻasalalauga faʻapitoa i le faʻapipiʻiina o polokalame, e mafai ai e le au atinaʻe ona fausia ni faʻaoga malosi e foia ai faafitauli moni o le lalolagi.

E talitonu le au fa'apolofesa e mafai ona fa'aoga lelei e tagata fai ata tifaga ma ni fa'amoemoe leaga fa'amanuiaga ole quantum computing faia se faiga fou i soliga saogalemu i luga ole laiga. E mafai ona latou faia ni gaioiga e taugata tele i komepiuta masani. Faatasi ai ma se komepiuta quantum, e mafai e se tagata taʻavale ona suʻesuʻeina vave faʻamaumauga ma faʻalauiloa osofaʻiga faʻapitoa e faasaga i le tele o fesoʻotaʻiga ma masini.

E ui lava i le taimi nei e foliga mai e le o iai i le taimi nei o le alualu i luma faatekinolosi, o le aliaʻe mai o le tele o faʻamoemoega quantum computing o le a vave ona maua i totonu o le ao e avea o se atinaʻe e avea o se faʻavae auaunaga, faʻaavanoaina i le tele o tagata faʻaoga.

I tua i le 2019, na faasilasila ai e Microsoft o le a ofoina atu quantum computing i lau ao Azure, e ui lava o lenei mea o le a faʻatapulaʻaina ai lo latou faʻaogaina e filifili tagata faʻatau. I le avea ai o se vaega o lenei oloa, o loʻo tuʻuina atu e le kamupani ni fofo faʻapitoa e pei o Solvers i algorithms, quantum software, e pei o simulators ma mea faigaluega e fuaina ai punaoa, faʻapea foʻi ma mea faʻapitoa faʻatasi ma fausaga qubit eseese e ono mafai ona faʻaaogaina e tagata taʻavale. O isi o lo'o tu'uina atu 'au'aunaga fa'akomepiuta a le aofa'i ole IBM ma Amazon Web Services (AWS).

Le taua o algorithms

Fa'ailoga numera masani fa'alagolago i fua fa'atatau o le matematika e fa'aliliu ai fa'amatalaga i fe'au fa'ailoga mo le teuina ma le fa'asalalauina. E fa'aoga e fa'aigoa ma fa'apalapala fa'amaumauga. ki numera.

O le mea lea, e taumafai le tagata osofaʻi e talepe le auala faʻailoga ina ia gaoi pe suia faʻamatalaga puipuia. O le auala manino e fai ai lenei mea o le fa'ata'ita'iina lea o ki uma e mafai ona iloa ai se tasi o le a fa'amuta fa'amaumauga i tua i se fomu e mafai ona faitau tagata. O le faagasologa e mafai ona faʻatinoina e faʻaaoga ai se komepiuta masani, ae manaʻomia le tele o taumafaiga ma le taimi.

O lo'o iai nei lua ituaiga autu o faʻamatalaga: symmetrico le ki lava e tasi o loʻo faʻaogaina e faʻapipiʻi ma faʻamaonia faʻamaumauga; faa;pei foi ona asymmetric, o lona uiga, faʻatasi ai ma se ki faʻasalalau e aofia ai se pea o ki e fesoʻotaʻi ma le matematika, o se tasi o ia mea e avanoa lautele e faʻataga ai tagata e faʻapipiʻi se feʻau mo lē e ona le paʻu ki, ae o le isi o loʻo teuina faʻalilolilo e lē e ona le faʻailoga savali.

W fa'ailoga tutusa o le ki lava lea e tasi e fa'aoga e fa'ailoga ma fa'a'ese'ese ai se vaega o fa'amaumauga. O se faʻataʻitaʻiga o se symmetric algorithm: Fa'ailoga Fa'ailoga Maualuga (AES). AES algorithm, fa'aaogaina e le malo o Amerika, e lagolagoina lapo'a autu e tolu: 128-bit, 192-bit, ma le 256-bit. Symmetric algorithms e masani ona faʻaaogaina mo galuega faʻailoga tele e pei o le faʻailogaina o faʻamaumauga tetele, faila faila, ma mea e manatua ai mea.

W fa'ailoga fa'ailoga asymmetric o fa'amatalaga e fa'ailogaina i le tasi ki (e masani ona ta'ua o le ki fa'alaua'itele) ae fa'apala i le isi ki (e masani ona ta'ua o le ki fa'apitoa). Fa'aaoga masani Rivest algorithm, Samira, Alemana (RSA) o se faʻataʻitaʻiga o se algorithm asymmetric. E ui lava e sili atu lemu nai lo faʻamaufaʻailoga tutusa, o algorithms asymmetric e foia ai le faʻafitauli autu o le tufatufaina atu, o se faʻafitauli taua i faʻamatalaga.

Fa'amatalaga autu lautele e fa'aaogaina mo le fa'afesuia'iga fa'amautu o ki fa'atusa ma mo fa'amaoniga fa'atekinolosi po'o le sainia o fe'au, pepa, ma tusi pasi e fa'afeso'ota'i ai ki fa'alaua'itele ma le fa'asinomaga o latou tagata. A matou asiasi i se upega tafa'ilagi malupuipuia o lo'o fa'aogaina le HTTPS protocols, e fa'aogaina e le matou su'esu'ega fa'amatalaga autu lautele e fa'amaonia ai le tusipasi a le upega tafa'ilagi ma fa'atutuina se ki fa'atusa e fa'aigoa ai feso'ota'iga i ma mai le upega tafa'ilagi.

Aua e masani lava talosaga uma initaneti latou te faaaogaina uma fa'ailoga fa'atusaи fa'amatalaga autu lautelee tatau ona saogalemu uma fomu. O le auala pito sili ona faigofie e ta'e ai le code o le fa'ata'ita'iina lea o ki uma e mafaia se'ia e maua se tasi e aoga. komepiuta masani e mafai ona latou faia, ae e matua faigata lava.

Mo se faʻataʻitaʻiga, ia Iulai 2002, na faʻasalalau ai e le vaega na latou mauaina se 64-bit symmetric key, ae manaʻomia se taumafaiga a le 300 tagata. tagata mo le silia ma le fa ma le afa tausaga o galuega. O se ki e faaluaina le umi, poʻo le 128 bits, o le a sili atu i le 300 sextillion solutions, o le numera o loʻo faʻaalia o le 3 ma zeros. E oo lava le supercomputer sili ona saoasaoa i le lalolagi E fia miliona tausaga e su'e ai le ki sa'o. Ae ui i lea, o le quantum computing technique e taʻua o Grover's algorithm e faatelevaveina le faagasologa e ala i le liliuina o le 128-bit key i le quantum computer e tutusa ma le 64-bit key. Ae o le puipuiga e faigofie - o ki e tatau ona faʻalautele. Mo se faʻataʻitaʻiga, o le 256-bit key o loʻo i ai le puipuiga tutusa mai se osofaʻiga quantum e pei o le 128-bit ki e faasaga i se osofaʻiga masani.

Fa'amatalaga autu lautele ae ui i lea, o se faʻafitauli tele atu lea ona o le auala e galue ai le numera. Ta'uta'ua i nei aso fa'ailoga fa'ailoga autu lautele algorithmsua taʻua RSA, Diffiego-Hellman i elliptic curve cryptography, latou te faʻatagaina oe e amata i le ki lautele ma fuafua le ki faʻapitoa i le matematika e aunoa ma le alu i mea uma e mafai.

e mafai ona latou talepeina fa'amatalaga fofo o latou puipuiga e fa'avae i luga o le fa'avasegaina o numera po'o logarithms tu'ufa'atasi. Mo se faʻataʻitaʻiga, o le faʻaaogaina o le RSA metotia faʻaaogaina lautele i le e-commerce, e mafai ona faʻatatauina se ki faʻapitoa e ala i le faʻavasegaina o se numera e maua mai i numera sili e lua, e pei o le 3 ma le 5 mo le 15. . Suesuega Peter Shore i le Massachusetts Institute of Technology sili atu i le 20 tausaga talu ai na faʻaalia ai o le talepeina o faʻailoga asymmetric e mafai.

e mafai ona ta'e e oo atu i le 4096-bit pa'aga autu i ni nai itula e fa'aaoga ai se metotia e ta'ua o le Shor's algorithm. Ae ui i lea, o le mea sili lea quantum computers o le lumana'i. I le taimi nei, o le numera sili ona tele na fuafuaina i luga o se komepiuta quantum o le 15 - o le aofaʻi o 4 bits.

E ui lava tutusa algorithms O le algorithm a Shor e le o se mea lamatia, o le mana o le quantum computing e faʻamalosia ai le tele o ki e faʻateleina. Faataitaiga komipiuta tele quantum o loʻo faʻaogaina le algorithm a Grover, lea e fa'aogaina ai metotia fa'atusa e su'esu'e fa'amaumauga fa'amaumauga vave, e mafai ona maua ai le fa'aleleia atili o le fa'atinoga i osofa'iga fa'atauva'a fa'asaga i fa'ailoga fa'ailoga fa'atusa e pei ole AES. Ina ia puipuia mai osofa'iga malosi, fa'alua le ki tele e maua ai le tulaga tutusa o le puipuiga. Mo le AES algorithm, o lona uiga o le faʻaaogaina o 256-bit ki e faʻamautu ai le malosi o le saogalemu 128-bit i aso nei.

aso nei fa'ailoga RSA, o se faʻaogaina lautele o faʻamatalaga, aemaise lava pe a tuʻuina atu faʻamatalaga maʻaleʻale i luga ole Initaneti, e faʻavae i luga ole numera 2048-bit. Ua fuafuaina e tagata popoto faapea komepiuta quantum e mana'omia le 70 miliona qubits e talepe ai lenei fa'ailoga. Tuuina atu lena mea i le taimi nei le tele o komepiuta quantum e le sili atu i le selau qubits (e ui o IBM ma Google o loʻo i ai fuafuaga e oʻo atu i le miliona i le 2030), atonu e umi se taimi aʻo leʻi aliali mai se faʻamataʻu moni, ae o le saoasaoa o suʻesuʻega i lenei vaega o loʻo faʻaauau pea ona faʻavavevave, e le mafai ona faʻamaonia o sea komepiuta o le a fausia i le isi 3-5 tausaga.

Mo se faʻataʻitaʻiga, Google ma le KTH Institute i Suetena na lipotia talu ai nei na maua ai se "auala sili atu" i komipiuta quantum e mafai ona faia fa'atatau i le solia o le tulafono, faʻaitiitia le aofaʻi o punaoa latou te manaʻomia e ala i faʻatonuga o le tele. O la latou pepa, lomia i le MIT Technology Review, fai mai o se komepiuta e 20 miliona qubits e mafai ona ta'e se numera 2048-bit i le na o le 8 itula.

Post-quantum cryptography

I tausaga talu ai nei, sa galulue malosi saienitisi e atiina ae “quantum-safe” fa'ailoga. Ua lipotia mai e le American Scientist e faapea o le US National Institute of Standards and Technology (NIST) ua uma ona suʻesuʻeina le 69 auala fou e mafai ona taʻua o le "post-quantum cryptography (PQC)". Ae ui i lea, o le tusi lava lea e tasi o loʻo faʻaalia ai o le fesili o le talepeina o faʻamatalaga faʻaonaponei e ala i komepiuta quantum o loʻo tumau pea le manatu mo le taimi nei.

3. O se tasi o faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga faʻapipiʻi mata ua fausia.

I soʻo se tulaga, e tusa ai ma se lipoti a le 2018 mai le National Academy of Sciences, Engineering and Medicine, "e tatau ona atiaʻe ma faʻatinoina le cryptography fou i le taimi nei, e tusa lava pe o se komepiuta quantum e mafai ona talepeina le cryptography i aso nei e le o fausia i le sefulu tausaga." . O komipiuta quantum e soli tulafono i le lumana'i e mafai ona fa'aselau afe taimi e sili atu ai le mana fa'agaioiga ma fa'aitiitia le fua o mea sese, ma mafai ai ona latou faia. tete'e faiga fa'aonaponei cybersecurity.

O fofo ua ta'ua o le "post-quantum cryptography" ua lauiloa, aemaise lava, le Kamupani PQShield. E mafai e tagata tomai faapitoa mo le saogalemu ona suitulaga masani o cryptographic algorithms ma fesoʻotaʻiga algorithms. (lattice-based cryptography) na faia ma le saogalemu i le mafaufau. O nei metotia fou e natia ai fa'amaumauga i totonu o fa'afitauli lavelave o le matematika e ta'ua o lattices (3). O ia fausaga algebraic e faigata ona foia, e mafai ai e tagata suʻesuʻe ona faʻamautu faʻamatalaga e oʻo lava i le faʻaogaina o komepiuta quantum mamana.

E tusa ai ma se tagata suʻesuʻe IBM, Cecilia Boschini, Mesh network-based cryptography o le a taofia ai osofaʻiga faʻavae komepiuta quantum i le lumanaʻi, faʻapea foʻi ma le tuʻuina atu o le faʻavae mo faʻamalamalamaga atoatoa homomorphic (FHE), lea e mafai ai e tagata faʻaoga ona faia faʻatusatusaga i faila e aunoa ma le matamataina o faʻamatalaga poʻo le faʻaalia i tagata taʻavale.

O le isi auala faʻapitoa tufaina ki quantum (Tauleleia). Quantum tufatufaga QKD ki (4) fa'aogaina mea fa'apitoa o masini fa'atauva'a (e pei o le fa'alavelave) e tu'uina atu ai se fefa'ataua'iga lilo atoa o ki fa'ailoga ma e mafai fo'i ona lapataia e uiga i le i ai o se "eavesdropper" i le va o pito e lua.

I le taimi muamua, o lenei metotia na mafai ona faia i luga o fiber opitika, ae o lea ua fausia e Quantum Xchange se auala e lafo ai i luga ole Initaneti foi. Mo se faʻataʻitaʻiga, o faʻataʻitaʻiga a Saina o le KKK e ala i se satelite i se mamao o le tele o afe kilomita ua iloa. I le faaopoopo atu ia Saina, o paionia i lenei vaega o KETS Quantum Security ma Toshiba.

4. O se tasi o fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'iga autu, QKD