Inta ay le'eg tahay qalabka badbaadada kombiyuutarka - meesha ugu dambeysa mise ciddi ku jirta naxashka? Marka aynu haysano malaayiin qubits

Dhinaca kale, xisaabinta quantum-ku waxa ay u muuqataa in ay tahay hab sir ah oo "ku habboon" iyo "aan la dumin karin" taas oo ka hortagaysa qof kasta inuu jabsado kombuyuutarrada iyo xogta. Dhanka kale, waxaa sidoo kale jirtay cabsi ah in "nin xun" aysan si lama filaan ah u isticmaalin tignoolajiyada quantum...

Dhowr bilood ka hor, warqadaha ku saabsan Physics Applied , saynisyahano ka yimid Shiinaha ayaa soo bandhigay ugu dhaqsiyaha badan curiyaha tirada random tirada (mato-dhaliye lambar random, QRNG) oo shaqaynaya wakhtiga dhabta ah. Maxay muhiim u tahay? Sababtoo ah awoodda lagu dhalin karo (dhab ah) tirooyinka random waa furaha sirta.

Inta ugu badan Nidaamyada QRNG maanta waxa ay isticmaashaa qaybaha sawir-qaadista iyo elektiroonigga ah, laakiin isku-darka qaybahan oo kale wareegga isku dhafan ayaa weli ah caqabad farsamo oo weyn. Nidaamka ay soo saareen kooxdu waxay isticmaashaa indium-germanium photodiodes iyo cod-weyneeye ku-meel-gaar ah oo lagu dhex daray nidaamka photonic silikoon (1) oo ay ku jiraan nidaamka lammaaneyaasha iyo attenuators.

Isku darka qaybahaas ayaa ogolaanaya QR SOMALI marka la ogaado calaamadaha ka yimid Ilaha quantum entropy oo leh jawaab celin si weyn loo hagaajiyay. Marka la ogaado calaamadaha random-ka, waxaa lagu farsameeyaa matrix irridda barmaamijka ah oo ka soo saara tirooyin aan toos ahayn xogta ceeriin. Qalabka soo baxay wuxuu dhalin karaa tiro ku dhow 19 gigabits ilbiriqsi kasta, waana rikoor cusub oo adduunka ah. Nambarada random-ka ayaa markaa loo diri karaa kombuyuutar kasta iyadoo la adeegsanayo fiilada fiber optic-ga.

Soo saarista tirada tirooyinka randomka waa udub dhexaadka xog-ururinta. Soo-saareyaasha nambarada random-ka caadiga ah waxay caadi ahaan ku tiirsan yihiin algorithms loo yaqaan koronto-dhaliyeyaasha lambarada random-ka, kuwaas oo, sida magacu soo jeediyo, aan run ahaantii ahayn random sidaas darteedna laga yaabo inay nugul yihiin. Kor koronto-dhaliyeyaasha tirada tirada indhaha run ahaantii shirkado aan kala sooc lahayn sida Quantum Dice iyo IDQuantique ayaa ka shaqeeya kuwa kale. Alaabooyinkooda horeba ganacsi ahaan ayaa loo isticmaalay.

kaas oo xukuma sida walxaha jidhku ugu shaqeeyaan miisaanka ugu yar. Tirada u dhiganta 1 ama xoogaa 0 waa qubit. (2), kaas oo sidoo kale noqon kara 0 ama 1 ama ku jira waxa loogu yeero superposition - kasta oo isku dhafan ee 0 iyo 1. Samaynta xisaabinta labada qaybood ee classical (kuwaas oo noqon kara 00, 01, 10, iyo 11) waxay u baahan tahay afar. talaabooyinka.

waxay xisaabin kartaa dhammaan afarta gobol isku mar. Tani waxay si xad dhaaf ah u miisaamaysaa - kun qubits ayaa siyaabaha qaarkood uga awood badnaan doona kombuyuutarrada adduunka ugu awoodda badan. Fikrad kale oo quantum ah oo muhiim u ah xisaabinta quantum waa wareertaas oo ay sabab u tahay in qubits la isku xidhi karo si loogu sifeeyo hal gobol oo quantum ah. Cabbirka mid ka mid ah ayaa isla markiiba muujinaya xaaladda kan kale.

Isku-duubnidu waxay muhiim u tahay xog-ururinta iyo isgaadhsiinta tirada. Si kastaba ha ahaatee, awooda xisaabinta quantumku kuma jirto in la dedejiyo xisaabinta. Hase yeeshe, waxay ku siinaysaa faa'iido jibbaaran fasallada dhibaatooyinka qaarkood, sida xisaabinta tirooyin aad u badan, kuwaas oo saameyn culus ku yeelan doona amniga internetka.

Hawsha ugu degdega badan xisaabinta tirada waa in la abuuro qubits ku filan khaladka u dulqaadan kara si loo furo awoodda xisaabinta tirada. Isdhexgalka ka dhexeeya qubit iyo deegaankiisa waxay hoos u dhigtaa tayada macluumaadka ee microse seconds. Way adag tahay oo qaali tahay in qubits laga sooco deegaankooda, tusaale ahaan, iyadoo lagu qaboojinayo heerkul ku dhow eber dhammaystiran. Sawaxanku waxa uu kordhiyaa tirada qubits, una baahan farsamooyin sax ah oo khalad ah.

Waxaa hadda laga soo diyaariyey albaabada macquulka ah ee quantum-ka ah, kuwaas oo laga yaabo in la aqbali karo kombiyuutarada tirada yar ee prototype, laakiin aan macquul ahayn marka ay timaado kumanaan qubits. Dhawaan, shirkadaha qaar sida IBM iyo Classiq waxay horumarinayeen lakabyo badan oo aan la taaban karin oo ku jira xirmooyinka barnaamijka, taas oo u oggolaanaysa horumariyeyaasha inay dhisaan codsiyada quantum ee xoogga leh si ay u xalliyaan dhibaatooyinka adduunka dhabta ah.

Xirfadlayaasha waxay aaminsan yihiin in jilayaasha ujeedo xun ay ka faa'iideysan karaan faa'iidooyinka xisaabinta quantum abuur hab cusub oo xadgudubyada amniga internetka. Waxay samayn karaan ficilo xisaab ahaan aad qaali ugu ah kombiyuutarada qadiimiga ah. Kumbuyuutar tiro-koob ah, hacker-ku aragti ahaan wuxuu si dhakhso ah u falanqeynayaa xog-ururinta oo uu ku qaadi karaa weerarro casri ah oo ka dhan ah tiro badan oo shabakado ah iyo aalado.

Inkasta oo wakhtigan xaadirka ah ay u muuqato mid aan suurtagal ahayn in xawaaraha hadda ee horumarka tignoolajiyada, soo ifbaxa ujeeddada guud ee xisaabinta quantum-ka ayaa dhawaan laga heli doonaa daruuraha sida kaabayaasha adeegga adeegga, taas oo ka dhigaysa mid la heli karo dad badan oo isticmaala.

Dabayaaqadii 2019, Microsoft waxay ku dhawaaqday inay bixin doonto xisaabinta tirada ee daruurahaaga Azure, inkastoo tani ay xaddidayso isticmaalkooda si ay u doortaan macaamiisha. Iyada oo qayb ka ah alaabtan, shirkadu waxay bixisaa xalalka tirada sida xaliyayaal i algorithms, software quantum, sida simulators iyo agabka qiimaynta khayraadka, iyo sidoo kale qalabyada quantum oo leh naqshado qubit oo kala duwan kuwaas oo laga yaabo inay ka faa'idaystaan ​​tuugadu. Bixiyeyaasha kale ee adeegyada xisaabinta daruuraha quantum waa IBM iyo Amazon Web Services (AWS).

Dagaalka algorithms

Xirmooyinka dhijitaalka ah ee caadiga ah ku tiirsanaano qaacidooyinka xisaabeed ee adag si aad xogta ugu badasho fariimaha qarsoon ee kaydinta iyo gudbinta. Waxa loo istcimaalaa in la sireeyo oo la kala saaro xogta furaha dhijitaalka ah.

Sidaa darteed, weeraryahanku wuxuu isku dayaa inuu jebiyo habka sirta ah si uu u xado ama u beddelo macluumaadka la ilaaliyo. Habka ugu cad ee tan loo sameeyo waa in la isku dayo dhammaan furayaasha suurtagalka ah si loo go'aamiyo mid ka dhigaya xogta dib u dhigista qaab bini'aadamku akhrin karo. Habka waxaa lagu fulin karaa iyadoo la isticmaalayo kombuyuutar caadiga ah, laakiin waxay u baahan tahay dadaal iyo waqti badan.

Hadda way jiraan laba nooc oo muhiim ah oo sir ah: simmetricalisla furahaas ayaa loo isticmaalaa in lagu sireeyo oo la kala saaro xogta; sidoo kale asymmetric, oo ah furaha dadweynaha oo ay ku jiraan furayaal xisaabeed la xidhiidha, mid ka mid ah furayaashaas oo si guud loo heli karo si loogu oggolaado dadka inay sireeyaan farriinta mulkiilaha lamaanaha muhiimka ah, kan kalena uu si gaar ah u hayo mulkiiluhu si uu u furfuro fariinta.

W sir simmetrical ah isla furahaas ayaa loo istcimaalaa si loo sireeyo oo lagu furfuro qayb xog ah oo la bixiyay. Tusaalaha algorithm-summetric: Heerarka sirta sare (AES). AES algorithm, oo ay qaadatay dawladda Maraykanku, waxay taageertaa saddex cabbir oo muhiim ah: 128-bit, 192-bit, iyo 256-bit. Algorithmaadka asymmetrics ayaa caadi ahaan loo isticmaalaa hawlaha sirta badan sida siraynta kaydadka waaweyn, nidaamyada faylka, iyo xusuusta shayga.

W asymmetric encryption xogta waxaa lagu sir ah hal fure (badanaa loo yaqaan furaha dadweynaha) waxaana lagu furfuraa fure kale (badanaa loo yaqaan furaha gaarka ah). Inta badan la isticmaalo Rivest algorithm, Shamira, Adlemana (RSA) waa tusaale algorithm asymmetrical ah. In kasta oo ay ka gaabiyaan sirta asymmetric-ga, algorithms-yada asymmetrical waxay xalliyaan mushkiladda qaybinta muhiimka ah, taas oo ah mushkilad muhiim ah oo sirta ah.

Xog-ururinta furaha dadweynaha waxa loo istcimaalay iswaydaarsiga sugan ee furayaasha summaynta iyo xaqiijinta dhijitaalka ah ama saxeexida fariimaha, dukumeentiyada, iyo shahaadooyinka xidhiidhiya furayaasha dadwaynaha iyo aqoonsiga dadka sita. Marka aan booqano shabakad sugan oo adeegsata borotokoolka HTTPS, barowsarkeenu waxa uu isticmaalaa xog-ururinta furaha dadweynaha si loo xaqiijiyo shahaadada mareegaha oo u dejiyo fure summeedka si loo sireeyo xidhiidhka laga soo galo mareegaha.

Sababtoo ah ficil ahaan dhammaan codsiyada internetka waxay isticmaalaan labadaba simmetric cryptoographyи cryptography furaha dadweynahaLabada noocba waa in ay ammaan ahaadaan. Sida ugu fudud ee koodka loo jejebin karo waa in aad isku daydo dhammaan furayaasha suurtagalka ah ilaa aad ka hesho mid shaqaynaya. Kombiyuutarrada caadiga ah way samayn karaan, laakiin aad bay u adag tahay.

Tusaale ahaan, bishii Luulyo 2002, kooxdu waxay ku dhawaaqday inay heleen fure 64-bit ah, laakiin waxay u baahan yihiin dadaal 300 qof ah. dadka in ka badan afar sano iyo bar oo shaqo ah. Fure laba jeer dheer, ama 128 bits, ayaa yeelan doona in ka badan 300 sextillion xal, tirada kuwaas oo lagu muujiyay sida 3 iyo eber. Xataa supercomputer aduunka ugu dhaqsiyaha badan Waxay qaadan doontaa trillion sano si loo helo furaha saxda ah. Si kastaba ha ahaatee, farsamada xisaabinta quantum ee loo yaqaan Grover's algorithm waxay dadajisaa habka iyada oo furaha 128-bit u rogaya kumbuyuutarka quantum ee u dhigma furaha 64-bit. Laakiin ilaalintu waa sahlan tahay - furayaasha waa in la dheereeyaa. Tusaale ahaan, furaha 256-bit wuxuu leeyahay difaac la mid ah ka hortagga weerarka quantum sida furaha 128-bit ee ka dhanka ah weerarka caadiga ah.

Xog-ururinta furaha dadweynaha si kastaba ha ahaatee, tani waa dhibaato aad uga weyn sababtoo ah habka xisaabtu u shaqeyso. Caanka ah maalmahan Algorithms-yada qarsoodiga ah ee dadweynahawaxaa loo yaqaan RSA, Diffiego-Hellman i qalooca elliptik, waxay kuu ogolaanayaan inaad ku bilowdo furaha dadweynaha oo aad xisaabiso furaha gaarka ah xisaab ahaan adigoon marin dhammaan fursadaha.

waxay jebin karaan xalalka sirta ah kuwaas oo ammaankoodu ku salaysan yahay isugeynta fardaha ama logarithms-ka gaarka ah. Tusaale ahaan, iyadoo la adeegsanayo habka RSA ee si weyn loogu isticmaalo ganacsiga e-commerce, furaha gaarka ah waxaa lagu xisaabin karaa iyadoo la soo saarayo nambar ka soo baxay labada lambar ee ugu muhiimsan, sida 3 iyo 5 ee 15. Ilaa hadda, sirta furaha dadweynaha waxay ahayd mid aan la jabin karin. . Cilmi baaris Peter Shore Machadka Teknolojiyadda Massachusetts in ka badan 20 sano ka hor waxay muujisay in jebinta sirta asymmetric ay suurtagal tahay.

waxay jejebin karaan ilaa 4096-bit lamaane muhiim ah dhowr saacadood gudahood iyadoo la isticmaalayo farsamo la yiraahdo Shor's algorithm. Si kastaba ha ahaatee, tani waa ku habboon kombiyuutarada quantum ee mustaqbalka. Waqtigan xaadirka ah, tirada ugu badan ee lagu xisaabiyo kumbiyuutarka quantum waa 15 - wadar ahaan 4 bits.

In kastoo algorithms simmetrics Algorithmamka Shor khatar kuma jiro, awoodda xisaabinta quantumku waxay ku khasbaysaa cabbirrada muhiimka ah in la badiyo. Tusaale ahaan kombiyuutarada tirada badan ee ku shaqeeya Grover's algorithm, taas oo u adeegsata farsamooyinka tirada si ay u waydiiso xog-ururin si dhakhso ah, waxay ku siin kartaa horumarinta waxqabadka afar laabma ee weerarrada xoogga leh ee ka dhanka ah algorithms-ka asymmetrical sida AES. Si aad isaga ilaaliso weerarrada xoogga ah, laba jibaar cabbirka muhiimka ah si aad u bixiso difaac isku mid ah. Algorithm-ka AES, tani waxay ka dhigan tahay adeegsiga furayaasha 256-bit si loo ilaaliyo xoogga amniga ee 128-bit ee maanta.

Maanta Sirta RSA, oo ah nooc si weyn loo isticmaalo, gaar ahaan marka xogta xasaasiga ah lagu gudbiyo internetka, waxay ku salaysan tahay lambarada 2048-bit. Khubarada ayaa taas ku qiyaasay kombiyuutarka tirada waxay qaadanaysaa ilaa 70 milyan oo qubits si loo jebiyo sirtan. Marka la eego imminka kombuyuutarrada ugu badan ee quantumku kama badna boqol qubits (inkasta oo IBM iyo Google ay qorshaynayaan in ay gaaraan hal milyan marka la gaadho 2030), waxa laga yaabaa in ay wakhti dheer qaadanayso ka hor inta aanay khatar dhab ahi soo bixin, laakiin marka la eego xawaaraha cilmi baadhista ee aaggan ayaa sii kordheysa, waxa aan meesha laga saari karin in kombuyuutarkan oo kale uu dhici doono. la dhiso 3-5 sano ee soo socota.

Tusaale ahaan, Google iyo machadka KTH ee Sweden ayaa la sheegay inay dhowaan heleen "dariiq ka wanaagsan" Kumbuyuutarrada Quantum waxay samayn karaan xisaabinta si xad-gudbiyeedka, hoos u dhigista qadarka kheyraadka ay u baahan yihiin amarrada baaxadda leh. Warqaddooda, oo lagu daabacay MIT Technology Review, ayaa sheegtay in kombuyuutar leh 20 milyan oo qubits uu ku jabin karo lambarka 2048-bit 8 saacadood oo keliya.

Ka dib-quantum cryptography

Sanadihii la soo dhaafay, saynisyahano si adag u shaqeeyay si ay u abuuraan sirta "quantum-safe". Saynis yahan Maraykan ah ayaa sheegay in Machadka Heerarka iyo Tiknoolajiyada Qaranka ee Maraykanka (NIST) uu mar horeba falanqaynayay 69 farsamooyin cusub oo suurtagal ah oo loo yaqaan "post-quantum cryptography (PQC)". Si kastaba ha ahaatee, isla warqadda ayaa sheegaysa in su'aasha ah dildilaaca casriga casriga ah ee kombuyuutarrada quantum ay weli tahay malo-awaal ilaa hadda.

3. Mid ka mid ah moodooyinka ku salaysan mesh-ku-salaysan ayaa la dhisay.

Si kastaba ha ahaatee, marka loo eego warbixinta 2018 ee Akademiyada Qaranka ee Sayniska, Injineerinka iyo Daawada, "cryptography cusub waa in la horumariyaa oo la hirgeliyaa hadda, xitaa haddii kumbuyuutarka quantum ee awood u leh inuu jebiyo cryptografiga maanta aan la dhisin toban sano." . Kumbuyuutarada quantum-ka ee mustaqbalka jabin kara waxay yeelan karaan boqol kun oo jeer awood wax-qabad oo dheeraad ah iyo heerka khaladka oo la dhimay, taasoo ka dhigaysa inay awood u leeyihiin la dagaallama hab-dhaqannada amniga internetka ee casriga ah.

Xalalka loo yaqaan "post-quantum cryptography" ayaa loo yaqaan, gaar ahaan, Shirkadda PQShield. Xirfadlayaasha amniga waxay ku beddeli karaan algorithmaadka cryptographic caadiga ah algorithmaadka shabakadda. (cryptography-based-based cryptography) oo la abuuray iyadoo maskaxda lagu hayo. Hababkan cusub waxay ku qariyaan xogta gudaha dhibaatooyinka xisaabeed ee adag ee loo yaqaan 'lattices' (3). Qaab-dhismeedka aljabrada noocan oo kale ah way adag tahay in la xalliyo, taas oo u oggolaanaysa cryptographers in ay sugaan macluumaadka xitaa marka ay wajahayaan kombiyuutarada quantum ee xoogga leh.

Sida laga soo xigtay cilmi-baadhaha IBM, Cecilia Boschini, mesh network-based cryptography waxay ka hortagi doontaa weerarrada ku salaysan kumbuyuutarka ee mustaqbalka, iyo sidoo kale waxay bixisaa aasaaska sirta isku-darka buuxa (FHE), kaas oo u oggolaanaya dadka isticmaala inay ku sameeyaan xisaabinta faylasha iyaga oo aan fiirin xogta ama aan u soo bandhigin hackers.

Hab kale oo rajo leh ayaa ah qaybinta muhiimka ah ee quantum (Waxqabad). Qaybinta tirada furayaasha QKD (4) waxay isticmaashaa ifafaale makaanikada quantum (sida isku-xidhka) si ay u bixiso isweydaarsiga sirta ah ee furayaasha sirta oo ay xitaa ka digaan joogitaanka "dhegaha" inta u dhaxaysa labada bar ee dhamaadka.

Markii hore, habkani wuxuu ahaa kaliya suurtogalnimada fiber optic, laakiin hadda Quantum Xchange ayaa soo saartay hab loogu diro internetka sidoo kale. Tusaale ahaan, tijaabooyinka Shiinaha ee KKK ee ku saabsan dayax-gacmeedka fogaan ah dhowr kun oo kilomitir waa la yaqaan. Marka laga soo tago Shiinaha, hormoodka aaggan waa KETS Quantum Security iyo Toshiba.

4. Mid ka mid ah moodooyinka qaybinta furaha quantum, QKD