Австралійське управління сигналів опублікувало свої рекомендації щодо класичної криптографії та оновлення до постквантової. NIST США, австралійський ASD, британський NCSC та інші зближаються приблизно до 2030 року як року забезпечення постквантової роботи алгоритмів. Ви готові до квантових кількостей?

Зворотний відлік до Q-Дня - Частина 1 від @apruden08 Квантові обчислення використовують квантову механіку, найточнішу фізичну теорію, коли-небудь створену наукою. З тих пір, як фізик Річард Фейнман вперше запропонував цю концепцію в 1981 році, квантові комп'ютери перейшли від теорії до реальності, з безліччю функціонуючих прототипів, доступних сьогодні. Їх реалізація в найменших масштабах стала теоретичним тріумфом. Однак ці машини першого покоління рудиментарні в порівнянні навіть з класичним обладнанням споживчого класу. Щоб квантові комп'ютери коли-небудь були актуальними, вони повинні масштабуватися. Хоча ми називаємо їх «комп'ютерами», квантові комп'ютери принципово відрізняються від класичної машини, яку ви використовуєте для читання цього. Розуміння основних принципів квантової механіки і, зокрема, того, чим вона відрізняється від наших класичних уявлень про обчислення, має вирішальне значення для розуміння потенційної потужності квантового комп'ютера та проблем його створення. Ця публікація є першою в серії з п'яти частин, яка надасть базове розуміння квантових обчислень і методологію оцінки часової шкали для криптографічно релевантного квантового комп'ютера. Ця основа в кінцевому підсумку забезпечить основу для того, щоб ми реалістично оцінили графік Q-Day, щоб зрозуміти, скільки часу нам потрібно підготувати. Принципові відмінності між класичними та квантовими обчисленнями У той час як класичні комп'ютери оперують відносно простими логічними концепціями, квантові комп'ютери покладаються на принципи квантової механіки, які кидають виклик нашій повсякденній інтуїції щодо інформації. Такі поняття, як суперпозиція, заплутаність, інтерференція та теорема про відсутність клонування, надають квантовим комп'ютерам радикально інші властивості порівняно з класичними комп'ютерами і, отже, інші можливості та обмеження. Ось деякі ключові аспекти квантової механіки, які за своєю суттю визначають квантовий комп'ютер: Суперпозиція - У квантовій механіці частинки не займають певних станів, як класичні біти. Замість цього вони існують в суперпозиції, або лінійній комбінації можливих станів, описаних хвильовою функцією. Ця хвильова функція кодує всі можливі стани системи, яку вона описує. Конкретно, тоді як класичний біт остаточно представляє 0 або 1, кубіт може перебувати в суперпозиції обох одночасно. Результат, який ви отримаєте при вимірюванні, залежить від розподілу ймовірностей, отриманого з хвильової функції. Іншими словами, суперпозиція дозволяє кубіту кодувати набагато багатший простір станів, ніж класичний біт, що надає квантовим обчисленням його експоненціальний потенціал. Цей момент має вирішальне значення для розуміння однієї з основних проблем у побудові квантового комп'ютера. У класичних обчисленнях вимірювання є пасивним, оскільки пам'ять для читання не змінює його. Але в квантовій механіці акт вимірювання системи руйнує суперпозицію до певного стану. Щоб отримати значну перевагу від квантового комп'ютера, цю суперпозицію потрібно ретельно зберігати до потрібного моменту. У квантовій механіці частинки можуть бути заплутані, тобто їхні стани стають пов'язаними таким чином, що їх слід описувати як єдину систему. Навіть якщо вони розділені великими відстанями, результат вимірювання однієї частинки корелює (або навіть визначається) станом іншої. Іншими словами, заплутаність - це особливий вид суперпозиції, який охоплює кілька частинок. Це одна з ключових особливостей, яка дозволяє квантовим комп'ютерам експоненціально масштабуватися, але також одна з найбільш крихких для підтримки протягом тривалого часу та/або відстані. Інтерференція – одна з ключових відмінностей між квантовими та класичними ймовірностями полягає в концепції інтерференції. У класичних системах ймовірності просто додаються (наприклад, підкидання двох монет дає 25% ймовірності для кожного результату). Але в квантовій механіці амплітуди (складові хвильової функції) можуть заважати одна одній перед вимірюванням. Ці амплітуди можуть посилювати (конструктивна інтерференція) або нейтралізувати (руйнівна інтерференція) в залежності від їх відносних фаз. Квантові комп'ютери можуть використовувати це явище, щоб «спрямувати» обчислення до правильних відповідей. Замість того, щоб просто досліджувати всі шляхи паралельно, квантовий алгоритм розроблений таким чином, що неправильні відповіді деструктивно заважають і нівелюють, тоді як бажані шляхи, що ведуть до правильних відповідей, конструктивно заважають і домінують у кінцевому результаті.  Без цієї здатності посилювати правильні результати та пригнічувати неправильні, квантові обчислення не мали б жодних переваг перед класичними рандомізованими підходами. Теорема про відсутність клонування - Оскільки зчитування має прямий вплив на систему, оскільки воно руйнує суперпозиції до певних станів, неможливо «скопіювати» квантові стани. Це теорема про відсутність клонування. Відсутність клонування значно ускладнює реалізацію низькорівневих примітивів, які ми сприймаємо як належне в класичних обчисленнях (наприклад, регістрів пам'яті). Замість цього, такі операції, як квантова телепортація і обмін заплутаними речовинами, повинні використовуватися для безпечної передачі або обміну квантовою інформацією під час оцінки даної схеми або програми. Неперевершена обчислювальна потужність проти величезної інженерної складності Фундаментальні властивості квантової механіки дозволяють створити набагато потужнішу обчислювальну парадигму. У той час як ресурси, необхідні для представлення складної системи (наприклад, окремі молекули в рідині), можуть перевантажити навіть найпотужніше класичне обладнання, квантові комп'ютери можуть використовувати суперпозицію і заплутаність для вирішення цих нерозв'язних проблем. Одним з найвідоміших прикладів є алгоритм Шора, який може ефективно розкладати великі цілі числа на множники і ламати широко використовувані криптографічні системи, такі як RSA і ECDSA. Це досягається шляхом поєднання суперпозиції для дослідження багатьох потенційних факторів одночасно, заплутаності для підтримки кореляції між кубітами та інтерференції для посилення правильного рішення, водночас усуваючи неправильні. Те, на що класичним комп'ютерам знадобилися б мільярди років, щоб обчислити, досить великий квантовий комп'ютер міг вирішити за години. Однак у зв'язку з природою хвильової функції ця парадигма за своєю суттю є імовірнісною. Більш того, будь-яке вимірювання, або навіть випадкова субатомна взаємодія, може миттєво зруйнувати цю тендітну систему. Таким чином, теоретичний потенціал квантового комп'ютера майже відповідає складним інженерним завданням, пов'язаним з практичним створенням комп'ютера. У наступній публікації ми розглянемо конкретні проблеми, спричинені парадигмою квантових обчислень, і побудуємо основу для оцінки різних реальних підходів до їх вирішення. Дотримуйтесь @qdayclock, щоб бути в курсі подій.