Te nui o nga taputapu haumaru rorohiko - he huarahi whakamutunga, he whao ranei i roto i te kawhena? Ina he miriona qubits tatou

I tetahi taha, ko te rorohiko quantum te ahua he tikanga whakamunatanga "tino tika" me te "kaore e taea te whakakore" hei aukati i te tangata ki te hacking ki nga rorohiko me nga raraunga. I tetahi atu taha, i puta ano te mataku kei kore nga "tangata kino" e whakamahi pohehe i te hangarau quantum...

I etahi marama ki muri, i roto i nga Letters on Applied Physics, i whakaatu nga kaiputaiao o Haina i te tere tere quantum random number generator (Qantum random number generator, QRNG) e mahi ana i te waa tuuturu. He aha te mea nui? No te mea ko te kaha ki te whakaputa tau matapōkere (tūturu) ko te matua ki te whakamunatanga.

Ko te nuinga Ko nga punaha QRNG i enei ra ka whakamahia nga waahanga whakaahua motuhake me nga waahanga hiko, engari ko te whakauru i aua waahanga ki roto i te ara iahiko whakauru he wero hangarau nui tonu. Ko te punaha i whakawhanakehia e te roopu e whakamahi ana i te indium germanium photodiodes me te whakahiato whakawhiti i waenga i te punaha whakaahua silicon (1) tae atu ki te punaha hono me nga attenuators.

Ko te huinga o enei waahanga ka taea QR ENGLISH i runga i te kitenga o nga tohu mai puna o te quantum entropy me te tino pai ake o te whakautu auau. Ina kitea nga tohu matapōkere, ka tukatukahia e te matrix kuaha ka taea te whakahotaka e tango ana i nga tau matapōkere mai i nga raraunga mata. Ka taea e te taputapu hua te whakaputa tau tata ki te 19 gigabits ia hekona, he rekoata hou o te ao. Ka taea te tuku i nga nama matapōkere ki tetahi rorohiko ma te taura muka.

Te whakaputanga tau matapōkere rahi kei te ngakau o te tuhi tuhi. Ko nga kaihanga tau matapōkere tikanga e whakawhirinaki ana ki nga algorithm e mohiotia ana ko nga kaihanga tau pseudo-tupurangi, e ai ki te ingoa, ehara i te mea tupurangi, na reira ka whakaraerae. I runga kaihanga tau rahi whatu Ko nga kamupene ohorere penei i te Quantum Dice me te IDQuantique e mahi ana me etahi atu. Kei te whakamahia kētia a raatau hua ki te hokohoko.

e whakahaere ana i te mahi o nga mea tinana i runga i nga unahi iti rawa. Ko te qubit te rite o te moka 1, moka 0 ranei. (2), ka taea hoki te 0, te 1 ranei, kei roto ranei i te mea e kiia nei ko te superposition - ahakoa te whakakotahitanga o te 0 me te 1. Me mahi he tatau i runga i nga moka puāwaitanga e rua (ka taea te 00, 01, 10, me te 11) e wha nga hikoinga.

ka taea e ia te mahi tatauranga i roto i nga kawanatanga e wha i te wa kotahi. Ka piki ake tenei - kotahi mano qubits ka kaha ake i te rorohiko tino kaha o te ao. Ko tetahi atu ariā quantum he mea nui mo te rorohiko quantum rangiruana te mea ka taea te hono nga qubits i runga i te ahua e whakaahuahia ana e tetahi ahua nui. Ko te inenga o tetahi o ratou ka whakaatu tonu i te ahua o tetahi.

He mea nui te whakawhanaungatanga i roto i te whakamunatanga me te whakawhitiwhitinga quantum. Heoi, ko te kaha o te rorohiko quantum ehara i te mea e tere ana te rorohiko. Engari, he painga nui i roto i etahi momo raruraru, penei i te tatau i nga tau tino nui, ka pa he kino ki haumaru ipurangi.

Ko te mahi tino akiaki rorohiko quantum Ko te hanga i nga qubit-a-te-hape kia nui te whakatuwhera i te kaha o te rorohiko quantum. Ko te taunekeneke i waenga i te qubit me tona taiao e whakaheke ana i te kounga o nga korero i roto i nga microseconds. He uaua, he utu nui te wehe i nga qubits mai i to taiao, hei tauira ma te whakamatao ki nga mahana tata ki te kore tino. Ka piki te haruru ka piki ake te maha o nga qubits, e hiahia ana ki nga tikanga whakatika hapa.

I tenei wa kua whakaritea mai i nga keeti arorau quantum kotahi, tera pea e pai ana mo nga rorohiko rahinga tauira iti, engari karekau ina tae ki nga mano tini qubits. Ina tata nei, ko etahi o nga kamupene penei i a IBM me Classiq kei te whakawhanake ake i nga paparanga waitara ake i roto i te puranga hotaka, e tuku ana i nga kaiwhakawhanake ki te hanga tono quantum kaha ki te whakaoti rapanga o te ao.

E whakapono ana nga tohunga ngaio ka taea e nga kaiwhakaari kino te whakamahi painga o te rorohiko quantum hanga he huarahi hou mo nga takahi haumaru ipurangi. Ka taea e ratou te mahi i nga mahi ka nui rawa te utu ki runga rorohiko puāwaitanga. Ma te rorohiko quantum, ka taea e te kaiwhaiwhai te tātari tere i nga huingararaunga me te whakarewa i nga whakaeke maamaa ki te maha o nga whatunga me nga taputapu.

Ahakoa i tenei wa kaore pea i runga i te tere o te ahunga whakamua o te hangarau o naianei, ko te putanga mai o te rorohiko quantum computing kare e watea ana i roto i te kapua hei hangahanga hei turanga ratonga, e waatea ana ki te tini o nga kaiwhakamahi.

I te tau 2019, i kii a Microsoft ka tukuna rorohiko quantum i roto i to kapua Azure, ahakoa ka whakawhäitihia to raatau whakamahi ki te whiriwhiri i nga kaihoko. Hei waahanga o tenei hua, ka whakaratohia e te kamupene nga otinga quantum penei i Kai whakaoti i hātepe hātepe, pūmanawa quantum, penei i nga simulators me nga taputapu whakatau tata, tae atu ki nga taputapu quantum me nga momo hoahoanga qubit ka taea e nga kaiwhaiwhai te whakamahi. Ko etahi atu kaiwhakarato o nga ratonga rorohiko kapua ko IBM me Amazon Web Services (AWS).

Ko te whawhai o algorithms

Tauira matihiko ciphers whirinaki ki nga tauira pangarau matatini ki te huri i nga raraunga ki nga karere whakamunatia mo te rokiroki me te tuku. Ka whakamahia hei whakamuna me te wetewete raraunga. kī matihiko.

Na reira, ka ngana te kaitukino ki te wawahi i te tikanga whakamunatanga ki te tahae, ki te whakarereke ranei i nga korero kua tiakina. Ko te huarahi tino mohio ki te mahi i tenei ko te whakamatau i nga taviri katoa hei whakatau i tetahi ka whakahoki ano i nga raraunga ki te ahua ka taea e te tangata te panui. Ka taea te mahi ma te whakamahi rorohiko tikanga, engari me whakapau kaha me te wa.

Kei te noho tonu ratou i tenei wa e rua nga momo whakamunatanga matua: hangaritei te wa ano, ka whakamahia te taviri kotahi hei whakamuna me te wetewete raraunga; me te hangarite, ara, me te taviri tūmatanui e mau ana i te rua o nga taviri e pa ana ki te pangarau, ko tetahi o enei e watea ana ki te katoa kia taea ai e te tangata te whakamuna i tetahi karere mo te rangatira o te takirua matua, ko tetahi e pupuri ana ma te rangatira ki te wetewete i te karere.

W whakamunatanga hangarite ka whakamahia taua kī hei whakamuna me te wetewete i tetahi waahanga raraunga. He tauira o te algorithm hangarite: Paerewa Whakamunatanga Arā Atu Anō (AES). AES algorithm, i tangohia e te kawanatanga o Amerika, e tautoko ana i nga rahi matua e toru: 128-bit, 192-bit, me te 256-bit. Ka whakamahia nga algorithm hangarite mo nga mahi whakamunatanga nui penei i te whakamuna i nga papaunga raraunga nui, nga punaha konae, me te mahara ahanoa.

W whakamunatanga hangarite Ko nga raraunga ka whakamunatia ki tetahi ki (e kiia ana ko te taviri a te iwi) ka wetemuna ki tetahi atu matua (e kiia ana ko te kii motuhake). Ka whakamahia noa Rivest algorithm, Hamira, Adleman (RSA) he tauira o te algorithm hangarite. Ahakoa he puhoi ake i te whakamunatanga hangarite, ka whakaotihia e nga algorithms hangarite te raru tohatoha matua, he raru nui i roto i te whakamunatanga.

Kuputuhi matua a te iwi ka whakamahia mo te whakawhiti haumaru o nga taviri hangarite me te motuhēhēnga mamati, te hainatanga ranei o nga karere, tuhinga, me nga tiwhikete e hono ana i nga taviri a te iwi me te tuakiri o nga kaipupuri. Ina toro ana matou ki tetahi paetukutuku haumaru e whakamahi ana i nga kawa HTTPS, ka whakamahia e to maatau kaitirotiro nga kupu whakamunatanga matua ki te whakamotuhēhē i te tiwhikete o te paetukutuku me te whakarite i tetahi kī hangarite hei whakamuna i nga whakawhitiwhiti korero ki te paetukutuku.

No te mea ko te tikanga nga tono ipurangi katoa whakamahi ratou e rua tuhi hangariteи whakamunatanga matua matuame noho haumaru nga ahua e rua. Ko te huarahi ngawari ki te pakaru i te waehere ko te whakamatau i nga taviri katoa kia whiwhi ra ano koe i tetahi e mahi ana. Rorohiko noa ka taea e ratou, engari he tino uaua.

Hei tauira, i te marama o Hūrae 2002, i panui te roopu kua kitea e ratou he matua hangarite 64-bit, engari me whakapau kaha ki te 300 tangata. neke atu i te wha tau me te haurua nga tangata mahi. Ko te matua he rua te roa, he 128 moka ranei, ka nui ake i te 300 sextillion otinga, ko te maha o aua mea ko te 3 me te kore. Ahakoa te rorohiko tino tere o te ao Ka pau nga miriona tau ki te kimi i te kii tika. Heoi ano, ko te tikanga rorohiko quantum e kiia nei ko Grover's algorithm ka tere ake te mahi ma te huri i te kii 128-bit ki te rorohiko quantum e rite ana ki te kii 64-bit. Engari he ngawari te whakamarumaru - me whakaroa nga kii. Hei tauira, he rite te parenga mo te moka-256 ki te whakaeke i te rahi me te kii moka-128 ki te whakaeke noa.

Kuputuhi matua a te iwi heoi, he raru nui ake tenei na te ahua o te mahi pangarau. He rongonui i enei ra hātepe whakamunatanga kī tūmatanuiI karangatia RSA, Diffiego-Hellman i whakamunatanga ānau elliptic, ka taea e koe te tiimata me te taviri tūmatanui me te tatau i te kī tūmataiti ma te pangarau me te kore e whai i nga huarahi katoa.

ka taea e ratou te wawahi i nga otinga whakamunatanga ko te haumarutanga kei runga i te tauwehenga o nga tauoti, i nga taukohiko motuhake ranei. Hei tauira, ma te whakamahi i te tikanga RSA e whakamahia whanuitia ana i roto i te tauhokohoko-e, ka taea te tatau i tetahi taviri tūmataiti ma te tauwehe i tetahi tau ko te hua o nga tau matua e rua, penei i te 3 me te 5 mo te 15. Tae noa ki tenei wa, kaore e pakaru te whakamunatanga ki te iwi. . Rangahau Peter Shore i te Massachusetts Institute of Technology neke atu i te 20 tau ki muri i whakaatu ka taea te pakaru whakamunatanga hangarite.

ka taea te pakaru ake ki nga takirua matua moka-4096 i roto noa i nga haora ma te whakamahi i tetahi tikanga e kiia nei ko Shor's algorithm. Heoi, koinei te tino pai rorohiko quantum o te heke mai. I tenei wa, ko te tau nui rawa i tatauhia ki te rorohiko quantum he 15 - he 4 moka te katoa.

Ahakoa hātepe hāriterite Ko te algorithm a Shor kaore i te morearea, na te kaha o te rorohiko quantum e akiaki ana kia whakarea nga rahi matua. hei tauira rorohiko rahi nui e whakahaere ana i te algorithm a Grover, e whakamahi ana i nga tikanga quantum ki te uiui tere i nga papaunga raraunga, ka taea te whakapai ake i nga mahi e wha i roto i nga whakaeke kaha ki te whakamunatanga algorithma hangarite penei i te AES. Hei whakamarumaru mai i nga whakaeke taikaha, whakaruaa te rahi o te matua kia rite ai te taumata whakamarumaru. Mo te AES algorithm, ko te tikanga ko te whakamahi i nga taviri moka-256 hei pupuri i te kaha haumarutanga moka-128 o tenei ra.

I tenei ra RSA whakamunatanga, he momo whakamunatanga e whakamahia nuitia ana, ina koa ka tukuna nga raraunga tairongo i runga i te Ipurangi, ka ahu mai i nga nama 2048-bit. Ka whakatauhia e nga tohunga tera rorohiko quantum e 70 miriona qubits hei wawahi i tenei whakamunatanga. Hoatu tera I tenei wa, ko nga rorohiko nui rawa atu kaore i te neke atu i te kotahi rau qubits. (ahakoa he mahere a IBM me Google kia eke ki te kotahi miriona hei te tau 2030), ka roa pea ka puta mai te tino riri, engari i te mea e tere haere tonu ana te rangahau i tenei wahanga, kaore e taea te whakakore i tera rorohiko ka puta. ka hangaia i roto i nga tau 3-5 e whai ake nei.

Hei tauira, kua kitea e Google me te KTH Institute i Sweden he "ara pai" ki Ka taea e nga rorohiko quantum te mahi tatau i te takahi i te waehere, te whakaiti i te nui o nga rauemi e hiahiatia ana e ratou ma nga ota nui. Ko ta ratou pepa, i whakaputaina i roto i te MIT Technology Review, e kii ana ka taea e te rorohiko me te 20 miriona qubits te pakaru i te nama 2048-bit i roto i te 8 haora.

Tuhinga o muri quantum

I nga tau tata nei, kua whakapau kaha nga kaiputaiao ki te whakawhanake Whakamunatanga "haumaru-nui".. E ai ki te American Scientist ko te US National Institute of Standards and Technology (NIST) kei te wetewete i nga tikanga hou e 69 e kiia nei ko "post-quantum cryptography (PQC)". Heoi ano, ko taua reta ano e tohu ana ko te patai mo te tarai i nga mahi whakamunatanga o enei ra e nga rorohiko quantum kei te whakapae tonu mo tenei wa.

3. Kua hangahia tetahi o nga tauira whakamaarama mata-mata.

Ahakoa he aha, e ai ki te ripoata a te 2018 mai i te National Academy of Sciences, Engineering and Medicine, "me whakawhanake me te whakatinana i nga tuhinga tuhi hou inaianei, ahakoa he rorohiko quantum e kaha ana ki te wawahi i nga tuhinga o tenei ra kaore i hangaia i roto i te tekau tau." . Ko nga rorohiko a muri ake nei ka nui ake te mana tukatuka me te iti o te reeti hapa, ka taea whawhai ki nga mahi haumaru ipurangi hou.

Ko nga otinga e kiia nei ko "post-quantum cryptography" e mohiotia ana, ina koa, ko te Kamupene PQShield. Ka taea e nga tohunga mo te haumarutanga te whakakapi i nga tikanga hautepe tohu tohu me nga huringa whatunga. (whakamaori-whakawhitiwhiti) i hangaia me te whakaaro haumaru. Ko enei tikanga hou e huna ana i nga raraunga i roto i nga rapanga pangarau matatini e kiia nei ko nga mahanga (3). He uaua ki te whakaoti i enei momo hanga taurangi, ka taea e nga kaitahurihuri ki te mau korero ahakoa i te aroaro o nga rorohiko quantum kaha.

E ai ki tetahi kairangahau IBM, Cecilia Boscini, ka aukatihia e te whakamunatanga o te whatunga mesh nga whakaeke i runga i te rorohiko a muri ake nei, me te whakarato i te kaupapa mo te whakamunatanga homomorphic tino (FHE), ka taea e nga kaiwhakamahi te mahi i nga tatauranga i runga i nga konae me te kore e tiro i nga raraunga, e whakaatu ana ranei ki nga kaiwhaiwhai.

Ko tetahi atu tikanga whai hua tohatoha matua quantum (Te kaha). Te tohatoha rahi o nga taviri QKD (4) ka whakamahi i nga ahuatanga o nga miihini quantum (pēnei i te urunga) ki te whakarato i te whakawhitinga ngaro o nga taviri whakamunatanga, ka taea hoki te whakatupato mo te noho mai o te "eavesdropper" i waenganui i nga pito e rua.

I te timatanga, ka taea noa tenei tikanga i runga i te muka whatu, engari inaianei kua whakawhanakehia e Quantum Xchange tetahi huarahi ki te tuku i runga i te Ipurangi hoki. Hei tauira, ko nga whakamatautau Hainamana o KKK na roto i te amiorangi i te tawhiti o te maha mano kiromita e mohiotia ana. I tua atu ki Haina, ko nga pionia i tenei takiwa ko KETS Quantum Security me Toshiba.

4. Ko tetahi o nga tauira tohatoha matua quantum, QKD