Direcția australiană de semnale și-a lansat liniile directoare privind criptografia clasică și actualizarea la post-cuantică. NIST din SUA, ASD din Australia, NCSC din Marea Britanie și multe altele converg în jurul anului 2030 pentru a se asigura că algoritmii sunt post-cuantici. Ești pregătit pentru cuantic?

Numărătoarea inversă până la Ziua Q - Partea 1 de @apruden08 Calculul cuantic folosește mecanica cuantică, cea mai precisă teorie fizică creată vreodată de știință. De când fizicianul Richard Feynman a propus pentru prima dată conceptul în 1981, computerele cuantice au trecut de la teorie la realitate, cu mai multe prototipuri funcționale disponibile astăzi. Realizarea lor la cele mai mici scări a fost un triumf teoretic. Cu toate acestea, aceste mașini de primă generație sunt rudimentare în comparație chiar și cu hardware-ul clasic de consum. Pentru ca computerele cuantice să fie vreodată relevante, ele trebuie să se extindă. Deși le numim "computere", computerele cuantice diferă fundamental de mașina clasică pe care o folosiți pentru a citi acest lucru. Înțelegerea principiilor de bază ale mecanicii cuantice și, în special, a modului în care diferă de noțiunile noastre clasice de calcul, este esențială pentru a înțelege puterea potențială a unui computer cuantic și provocările construirii unuia. Această postare este prima dintr-o serie de cinci părți care va oferi o înțelegere fundamentală a calculului cuantic și o metodologie pentru estimarea cronologiei pentru un computer cuantic relevant din punct de vedere criptografic. Această fundație ne va oferi în cele din urmă un cadru pentru a evalua în mod realist calendarul pentru Q-Day pentru a înțelege cât timp avem de pregătit. Diferențele fundamentale dintre calculul clasic și cel cuantic În timp ce computerele clasice funcționează pe concepte logice relativ simple, computerele cuantice se bazează pe principii ale mecanicii cuantice care provoacă intuițiile noastre de zi cu zi despre informație. Concepte precum superpoziția, inseparabilitatea, interferența și teorema fără clonare oferă computerelor cuantice proprietăți radical diferite în comparație cu computerele clasice și, prin urmare, capacități și limitări diferite. Iată câteva fațete cheie ale mecanicii cuantice care definesc în mod inerent un computer cuantic: Superpoziție - În mecanica cuantică, particulele nu ocupă stări definite ca biții clasici. În schimb, ele există într-o superpoziție sau o combinație liniară de stări posibile, descrise printr-o funcție de undă. Această funcție de undă codifică toate stările posibile ale sistemului pe care îl descrie. Concret, în timp ce un bit clasic reprezintă definitiv fie 0, fie 1, un qubit poate fi într-o suprapunere a ambelor simultan. Rezultatul pe care îl obțineți la măsurare depinde de o distribuție de probabilitate derivată din funcția de undă. Cu alte cuvinte, superpoziția permite unui qubit să codifice un spațiu mult mai bogat de stări decât un bit clasic, ceea ce conferă calculului cuantic potențialul său exponențial. Acest punct este crucial pentru înțelegerea uneia dintre provocările majore în construirea unui computer cuantic. În calculul clasic, măsurarea este pasivă, în sensul că memoria de citire nu o schimbă. Dar în mecanica cuantică, actul de a măsura un sistem prăbușește o suprapoziție într-o stare definită. Pentru a obține un avantaj semnificativ de la un computer cuantic, această superpoziție trebuie păstrată cu atenție până la momentul potrivit. Inseparabilitate - În mecanica cuantică, particulele pot fi încurcate, ceea ce înseamnă că stările lor devin legate în așa fel încât trebuie descrise ca un singur sistem. Chiar și atunci când sunt separate de distanțe mari, rezultatul măsurării unei particule este corelat cu (sau chiar determinat de) starea celeilalte. Cu alte cuvinte, inseparabilitatea este un tip special de suprapunere care se întinde pe mai multe particule. Este una dintre caracteristicile cheie care permite computerelor cuantice să se scaleze exponențial, dar și una dintre cele mai fragile de menținut în timp și/sau distanță. Interferență – Una dintre diferențele cheie dintre probabilitățile cuantice și cele clasice constă în conceptul de interferență. În sistemele clasice, probabilitățile pur și simplu adună (de exemplu, aruncarea a două monede dă o șansă de 25% pentru fiecare rezultat). Dar în mecanica cuantică, amplitudinile (componentele funcției de undă) pot interfera între ele înainte de măsurare. Aceste amplitudini se pot întări (interferențe constructive) sau anulate (interferențe distructive), în funcție de fazele lor relative. Calculatoarele cuantice pot exploata acest fenomen pentru a "direcționa" un calcul către răspunsuri corecte. În loc să exploreze doar toate căile în paralel, un algoritm cuantic este proiectat astfel încât răspunsurile greșite să interfereze distructiv și să se anuleze, în timp ce căile dorite care duc la răspunsuri corecte interferează constructiv și domină rezultatul final.  Fără această capacitate de a amplifica rezultatele corecte și de a le suprima pe cele incorecte, calculul cuantic nu ar oferi niciun avantaj față de abordările randomizate clasice. Teorema fără clonare - Deoarece citirea are un impact direct asupra sistemului, prin faptul că prăbușește suprapozițiile în stări definite, este imposibil să se "copieze" stările cuantice. Aceasta este teorema fără clonare. No-cloning face ca implementarea primitivelor de nivel scăzut pe care le considerăm de la sine înțelese în calculul clasic (cum ar fi registrele de memorie) mult mai complexă în practică. În schimb, operațiuni precum teleportarea cuantică și schimbul de inseparabilitate trebuie utilizate pentru a transmite sau partaja în siguranță informații cuantice în timpul evaluării unui anumit circuit sau program. Putere de calcul de neegalat vs. complexitate inginerească enormă Proprietățile fundamentale ale mecanicii cuantice permit o paradigmă computațională mult mai puternică. În timp ce resursele necesare pentru a reprezenta un sistem complex (cum ar fi moleculele individuale dintr-un fluid) ar putea copleși chiar și cel mai puternic hardware clasic, computerele cuantice pot valorifica superpoziția și inseparabilitatea pentru a rezolva aceste probleme altfel greu de rezolvat. Unul dintre cele mai faimoase exemple este algoritmul lui Shor, care poate factoriza eficient numere întregi mari și poate sparge sistemele criptografice utilizate pe scară largă, cum ar fi RSA și ECDSA. Face acest lucru prin combinarea superpoziției pentru a explora mai mulți factori potențiali simultan, inseparabilitatea pentru a menține corelațiile între qubiți și interferența pentru a amplifica soluția corectă, anulându-le pe cele incorecte. Ceea ce ar dura computerelor clasice miliarde de ani pentru a calcula, un computer cuantic suficient de mare ar putea rezolva în câteva ore. Cu toate acestea, datorită naturii funcției de undă, această paradigmă este în mod inerent probabilistică. Mai mult, orice măsurătoare, sau chiar o interacțiune subatomică accidentală, poate distruge instantaneu acest sistem fragil. Astfel, potențialul teoretic al unui computer cuantic este aproape egalat de provocările inginerești descurajante implicate în construirea practică a unuia. În următoarea postare, vom examina provocările specifice introduse de paradigma calculului cuantic și vom construi un cadru pentru a evalua diferite abordări din lumea reală pentru a le rezolva. Urmați @qdayclock pentru a rămâne informat.