Palo ea lisebelisoa tsa ts'ireletso ea khomphutha - khetho ea ho qetela kapa sepekere ka lekeseng? Ha re na le limilione tsa qubits

Ka lehlakoreng le leng, komporo ea quantum e bonahala e le mokhoa o "phethehileng" le "o sa senyeheng" o tla thibela mang kapa mang ho senya likhomphutha le data. Ka lehlakoreng le leng, ho ne ho boetse ho e-na le tšabo ea hore "batho ba babe" ba ke ke ba sebelisa theknoloji ea quantum ka phoso ...

Likhoeli tse 'maloa tse fetileng, ho Letters on Applied Physics, bo-rasaense ba tsoang Chaena ba ile ba hlahisa e potlakileng ka ho fetisisa jenereithara ea nomoro e sa reroang ea quantum (jenereithara ea linomoro tsa quantum, QRNG) e sebetsang ka nako ea nnete. Ke hobane'ng ha e le ea bohlokoa? Hobane bokhoni ba ho hlahisa linomoro (tsa sebele) tse sa reroang ke senotlolo sa ho kenyelletsa.

Ka ho fetisisa Sistimi ea QRNG kajeno e sebelisa likarolo tse fapaneng tsa photonic le elektroniki, empa ho kopanya likarolo tse joalo ho potoloho e kopaneng e ntse e le phephetso e kholo ea tekheniki. Sistimi e entsoeng ke sehlopha e sebelisa indium germanium photodiodes le transimpedance amplifier e kopantsoeng le silicon photonic system (1) ho kenyeletsoa sistimi ea li-couplers le attenuators.

Motsoako oa likarolo tsena o lumella QR SESOTHO ha ho fumanoa matshwao a ho tloha mehloli ea quantum entropy ka karabelo e ntlafalitsoeng haholo ea maqhubu. Hang ha mats'oao a sa reroang a bonoa, a sebetsoa ke matrix a keiti e ka lokisoang e ntšang linomoro tse sa reroang ho data e tala. Sesebelisoa se hlahisoang se ka hlahisa linomoro ka li-gigabits tse ka bang 19 motsotsoana, tlaleho e ncha ea lefats'e. Joale linomoro tsena li ka romeloa khomphuteng efe kapa efe ka thapo ea fiber optic.

Moloko oa linomoro tsa quantum random e khubung ea li-cryptography. Lijenereithara tse tloaelehileng tsa linomoro hangata li itšetleha ka li-algorithms tse tsejoang e le lijenereithara tsa linomoro tsa pseudo-random, tseo, joalo ka ha lebitso le bontša, ha li iketsahalle feela, ka hona li ka ba kotsing. Holimo lijenereithara tsa nomoro ea optical quantum lik'hamphani tse sa reroang tse kang Quantum Dice le IDQuantique li sebetsa har'a tse ling. Lihlahisoa tsa bona li se li ntse li sebelisoa khoebong.

e laolang ka moo dintho tse bonahalang di sebetsang ka teng sekaleng se senyane. Palo e lekanang le bit 1 kapa bit 0 ke qubit. (2), e ka boela ea e-ba 0 kapa 1, kapa ea bitsoa superposition - motsoako ofe kapa ofe oa 0 le 1. Ho etsa lipalo ka likaroloana tse peli tsa khale (tse ka bang 00, 01, 10, le 11) ho hloka mehato e mene.

e ka etsa lipalo linaheng tse 'nè ka nako e le' ngoe. Sena se lekanya ka mokhoa o hlakileng - li-qubits tse sekete ka litsela tse ling li tla ba matla ho feta k'homphieutha e matla ka ho fetisisa lefatšeng. Khopolo e 'ngoe ea quantum e bohlokoa bakeng sa komporo ea quantum ke pherekanoka lebaka la hore li-qubits li ka amahanngoa ka tsela eo li hlalosoang ke boemo bo le bong ba quantum. Ho lekanya e mong oa bona hang-hang ho bontša boemo ba e mong.

Ho ts'oara ho bohlokoa ho cryptography le puisano ea quantum. Leha ho le joalo, bokhoni ba komporo ea quantum ha bo ho potlakisa komporo. Ho e-na le hoo, e fana ka monyetla o moholo ka ho fetisisa likarolong tse itseng tsa mathata, joalo ka ho sebelisa lipalo tse kholo haholo, tse tla ba le liphello tse tebileng ho. cybersecurity.

Mosebetsi o potlakileng ka ho fetisisa quantum computing ke ho theha li-qubits tse lekaneng tse mamellang liphoso ho notlolla bokhoni ba komporo ea quantum. Tšebelisano lipakeng tsa qubit le tikoloho ea eona e theola boleng ba tlhahisoleseling ho li-microseconds. Ho arola li-qubits tikolohong ea tsona, mohlala, ka ho li pholisa ho fihlela mocheso o haufi le lefela, ho thata ebile ho bitsa chelete e ngata. Lerata le eketseha ka palo ea li-qubits, e hlokang mekhoa e rarahaneng ea ho lokisa liphoso.

hajoale li hlophisitsoe ho tsoa lihekeng tse le 'ngoe tsa quantum logic, tse ka amoheloang bakeng sa likhomphutha tse nyane tsa prototype quantum, empa ha ho khonehe ha ho tluoa ho likete tsa qubits. Haufinyane tjena, lik'hamphani tse ling tse kang IBM le Classiq li ntse li nts'etsapele likarolo tse sa bonahaleng molemong oa mananeo, ho lumella bahlahisi ho theha lits'ebetso tse matla tsa quantum ho rarolla mathata a nnete a lefats'e.

Litsebi li lumela hore batšoantšisi ba nang le sepheo se sebe ba ka nka monyetla ka melemo ea quantum computing theha mokhoa o mocha oa ho tlola molao cybersecurity. Ba ka etsa liketso tse ka bitsang chelete e ngata haholo lik'homphieutheng tsa khale. Ka komporo ea quantum, senokoane se ne se ka khona ho sekaseka li-dataset kapele le ho qala litlhaselo tse tsoetseng pele khahlano le palo e kholo ea marang-rang le lisebelisoa.

Le hoja hona joale ho bonahala eka ha ho bonolo hore ka lebelo la hona joale la tsoelo-pele ea thekenoloji, ho hlaha ha morero o akaretsang oa computing ea quantum haufinyane o tla fumaneha marung e le mohaho oa motheo e le sethala sa tšebeletso, se etsang hore se fumanehe ho basebelisi ba bangata.

Khale ka 2019, Microsoft e phatlalalitse hore e tla fana ka quantum computing lerung la hau la Azure, le hoja sena se tla fokotsa tšebeliso ea bona ho khetha bareki. E le karolo ea sehlahisoa sena, k'hamphani e fana ka tharollo ea quantum joalo ka Lisebelisoa i algorithms, software ea quantum, joalo ka li-simulator le lisebelisoa tsa khakanyo ea lisebelisoa, hammoho le hardware ea quantum e nang le meralo e fapaneng ea qubit e ka sebelisoang hampe ke linokoane. Bafani ba bang ba lits'ebeletso tsa quantum cloud computing ke IBM le Amazon Web Services (AWS).

Ntoa ea li-algorithms

Li-ciphers tsa khale tsa digital itšetleha ka mekhoa e rarahaneng ea lipalo ho fetolela data ho melaetsa e patiloeng bakeng sa polokelo le phetiso. E sebelisoa ho hlakola le ho hlakola data. senotlolo sa digital.

Ka hona, mohlaseli o leka ho senya mokhoa oa ho ngolisa e le ho utsoa kapa ho fetola tlhahisoleseding e sirelelitsoeng. Tsela e totobetseng ea ho etsa sena ke ho leka linotlolo tsohle tse ka khonehang ho fumana hore na data e tla khutlisetsoa joang ka mokhoa o ka baloang ke motho. Tshebetso ena e ka etsoa ho sebelisoa k'homphieutha e tloaelehileng, empa e hloka boiteko bo bongata le nako.

Li teng hajoale mefuta e 'meli ea mantlha ea ho khopisa: symmetricsenotlolo se tšoanang se sebelisetsoa ho encrypt le ho hlakola data; 'moho le ha e lekane, ke hore, e nang le senotlolo sa sechaba se kenyelletsang linotlolo tse amanang le lipalo, e 'ngoe ea tsona e fumanehang phatlalatsa ho lumella batho ho patala molaetsa bakeng sa mong'a li-key pair,' me e 'ngoe e bolokiloe ka lekunutu ke mong'a eona hore a hlakole molaetsa. molaetsa.

W symmetric encryption senotlolo se tšoanang se sebelisoa ho notlela le ho hlakola karolo e fanoeng ea data. Mohlala oa algorithm ea symmetric: Maemo a Ntlafetseng a Encryption (AES). AES algorithm, e amoheloang ke 'muso oa United States, e tšehetsa boholo ba lintlha tse tharo: 128-bit, 192-bit, le 256-bit. Li-algorithms tsa Symmetric hangata li sebelisoa bakeng sa mesebetsi e mengata ea encryption joalo ka ho notlela li-database tse kholo, litsamaiso tsa lifaele le mohopolo oa ntho.

W asymmetric encryption Lintlha li patiloe ka senotlolo se le seng (seo hangata se bitsoang senotlolo sa sechaba) ebe se hlakoloa ka senotlolo se seng (seo hangata se bitsoang senotlolo sa lekunutu). Ho sebelisoa hangata Rivest algorithm, Shamira, Adleman (RSA) ke mohlala oa asymmetric algorithm. Leha e le butle ho feta symmetric encryption, asymmetric algorithms rarolla bothata ba bohlokoa kabong, e leng bothata ba bohlokoa ho encryption.

Mongolo oa senotlolo oa sechaba e sebelisoa bakeng sa phapanyetsano e sireletsehileng ea linotlolo tsa symmetric le bakeng sa netefatso ea dijithale kapa ho saena melaetsa, litokomane le litifikeiti tse amahanyang linotlolo tsa sechaba le boitsebiso ba ba li tšoereng. Ha re etela sebaka sa Marang-rang se sireletsehileng se sebelisang liprothokholo tsa HTTPS, sebatli sa rona se sebelisa li-cryptography tsa sechaba ho netefatsa setifikeiti sa sebaka sa Marang-rang le ho theha senotlolo sa symmetric ho encrypt likhokahano ho ea le ho tsoa wepsaeteng.

Hobane ha e le hantle lisebelisoa tsohle tsa inthanete ba sebelisa bobeli symmetric cryptographyи cryptography ea linotlolo tsa sechabamefuta ka bobeli e tlameha ho bolokeha. Tsela e bonolo ka ho fetisisa ea ho senya khoutu ke ho leka linotlolo tsohle tse ka khonehang ho fihlela u fumana e sebetsang. Lik'homphieutha tse tloaelehileng ba ka e etsa, empa ho thata haholo.

Mohlala, ka Phupu 2002, sehlopha se phatlalalitse hore se fumane senotlolo sa 64-bit symmetric, empa se hloka boiteko ba batho ba 300. batho bakeng sa lilemo tse fetang tse 'nè le halofo tsa mosebetsi. Senotlolo se bolelele ba makhetlo a mabeli, kapa li-bits tse 128, se tla ba le tharollo e fetang 300 sextillion, eo palo ea eona e hlahisoang e le 3 le zero. Leha ho le joalo k'homphieutha e potlakileng ka ho fetisisa lefatšeng Ho tla nka libilione tsa lilemo ho fumana senotlolo se nepahetseng. Leha ho le joalo, mokhoa oa komporo ea quantum o bitsoang algorithm ea Grover o potlakisa ts'ebetso ka ho fetolela senotlolo sa 128-bit komporong ea quantum e lekanang le senotlolo sa 64-bit. Empa tšireletso e bonolo - linotlolo li tlameha ho lelefala. Ka mohlala, senotlolo sa 256-bit se na le tšireletso e tšoanang khahlanong le tlhaselo ea quantum e le senotlolo sa 128-bit khahlanong le tlhaselo e tloaelehileng.

Mongolo oa senotlolo oa sechaba leha ho le joalo, bona ke bothata bo boholo ho feta ka lebaka la tsela eo lipalo li sebetsang ka eona. E tumme matsatsing ana li-algorithms tsa senotlolo sa sechabae bitsoa RSA, Diffiego-Hellman i elliptic curve cryptography, li u lumella ho qala ka senotlolo sa sechaba le ho bala senotlolo sa poraefete ka lipalo ntle le ho feta menyetla eohle.

ba ka senya litharollo tsa encryption tseo ts'ireletso ea tsona e thehiloeng ho factorization ea integers kapa discrete logarithms. Ka mohlala, ho sebelisa mokhoa oa RSA o sebelisoang haholo khoebong ea e-commerce, senotlolo sa poraefete se ka baloa ka ho etsa palo eo e leng sehlahisoa sa linomoro tse peli tse ka sehloohong, tse kang 3 le 5 bakeng sa 15. Ho fihlela joale, encryption ea linotlolo tsa sechaba e ntse e sa khonehe. . Patlisiso Peter Shore Setsing sa Theknoloji sa Massachusetts lilemo tse fetang 20 tse fetileng li bontšitse hore ho ka khoneha ho senya encryption ea asymmetric.

e ka senya ho fihla ho 4096-bit key pairs ka lihora tse 'maloa feela e sebelisa mokhoa o bitsoang Shor's algorithm. Leha ho le joalo, sena ke sona se loketseng lik'homphieutha tsa quantum tsa nako e tlang. Hona joale, palo e kholo ka ho fetisisa e baloang khomphuteng ea quantum ke 15 - kakaretso ea 4 bits.

Le hoja symmetric algorithms Shor's algorithm ha e kotsing, matla a computing ea quantum a qobella boholo ba bohlokoa hore bo atolosoe. ka mohlala lik'homphieutha tse ngata tse tsamaisang algorithm ea Grover, e sebelisang mekhoa ea quantum ho botsa li-database ka potlako haholo, e ka fana ka ntlafatso ea ts'ebetso e imenneng hane litlhaselong tse sehlōhō khahlanong le li-algorithms tsa symmetric encryption tse kang AES. Ho sireletsa khahlanong le litlhaselo tsa brute force, habeli boholo ba senotlolo ho fana ka boemo bo tšoanang ba tšireletso. Bakeng sa algorithm ea AES, sena se bolela ho sebelisa linotlolo tsa 256-bit ho boloka matla a ts'ireletso ea 128-bit kajeno.

Tsa kajeno RSA encryption, mokhoa o sebelisoang haholo oa ho kenyelletsa, haholo-holo ha o fetisetsa boitsebiso ba bohlokoa ho Internet, o thehiloe ho linomoro tsa 2048-bit. Litsebi li hakanya seo komporo ea quantum ho tla nka li-qubits tse limilione tse 70 ho senya mokhoa ona. Ho latela hore hajoale likhomphutha tse kholo ka ho fetisisa tsa quantum ha li na li-qubits tse fetang lekholo (le hoja IBM le Google li rerile ho fihla ho milione ka 2030), e ka 'na ea e-ba nako e telele pele tšokelo ea sebele e hlaha, empa ha lebelo la lipatlisiso sebakeng sena le ntse le eketseha, ho ke ke ha qojoa hore k'homphieutha e joalo e tla ba teng. e tla hahuoa lilemong tse 3-5 tse tlang.

Mohlala, Google le Setsi sa KTH sa Sweden ho tlalehoa se fumane "tsela e betere" ea ho lik'homphieutha tsa quantum li ka etsa lipalo ho tlōla khoutu, ho fokotsa bongata ba lisebelisoa tseo ba li hlokang ka litaelo tsa boholo. Pampiri ea bona, e hatisitsoeng ho MIT Technology Review, e bolela hore k'homphieutha e nang le li-qubits tse limilione tse 20 e ka senya palo ea 2048-bit ka lihora tse 8 feela.

Post-quantum cryptography

Lilemong tsa morao tjena, bo-rasaense ba sebelitse ka thata ho ntlafatsa "quantum-safe" encryption. American Scientist e tlaleha hore US National Institute of Standards and Technology (NIST) e se e ntse e hlahloba mekhoa e mecha ea 69 e bitsoang "post-quantum cryptography (PQC)". Leha ho le joalo, lengolo lona leo le bontša hore potso ea ho qhekella mokhoa oa morao-rao oa li-cryptography ka lik'homphieutha tsa quantum e ntse e le khopolo-taba hona joale.

3. E 'ngoe ea mehlala ea mesh-based cryptography e hahiloe.

Ho sa tsotellehe boemo leha e le bofe, ho ea ka tlaleho ea 2018 e tsoang ho National Academy of Sciences, Engineering le Medicine, "cryptography e ncha e tlameha ho ntlafatsoa le ho kenngoa ts'ebetsong hona joale, esita le haeba k'homphieutha ea quantum e khonang ho senya li-cryptography tsa kajeno e sa hahoa ka lilemo tse leshome." . Likhomphutha tsa nakong e tlang tse tlolang khoutu li ka ba le matla a ts'ebetso ka makhetlo a likete tse lekholo le lebelo le fokotsehileng la liphoso, e leng se etsang hore li khone ho sebetsa. loantša mekhoa ea sejoale-joale ea cybersecurity.

Litharollo tse bitsoang "post-quantum cryptography" li tsejoa, haholo-holo, PQShield Company. Litsebi tsa ts'ireletso li ka nka sebaka sa li-algorithms tse tloaelehileng tsa cryptographic ka li-algorithms tsa marang-rang. (mongolo o thehiloeng holim'a lattice) tse entsoeng ho nahanoa ka tšireletso. Mekhoa ena e mecha e pata boitsebiso ka har'a mathata a rarahaneng a lipalo a bitsoang lattices (3). Mehaho e joalo ea algebra e thata ho rarolla, e lumellang li-cryptographer ho boloka tlhahisoleseding esita le ka har'a lik'homphieutha tse matla tsa quantum.

Ho ea ka mofuputsi oa IBM, Cecilia Boscini, marang-rang a thehiloeng marang-rang a marang-rang a tla thibela litlhaselo tsa k'homphieutha tsa quantum nakong e tlang, hammoho le ho fana ka motheo oa ho kenyelletsa ka botlalo homomorphic encryption (FHE), e lumellang basebelisi ho etsa lipalo ho lifaele ntle le ho shebella data kapa ho e pepesetsa ho linokoane.

Mokhoa o mong o ts'episang ke kabo ea senotlolo sa quantum (Boitsebelo). Kabo ea quantum ea linotlolo tsa QKD (4) e sebelisa liketsahalo tsa quantum mechanics (e kang entanglement) ho fana ka phapanyetsano ea lekunutu ka botlalo ea linotlolo tsa encryption mme e ka ba ea lemosa ka boteng ba "eavesdropper" lipakeng tsa lintlha tse peli.

Qalong, mokhoa ona o ne o khoneha feela holim'a fiber ea optical, empa hona joale Quantum Xchange e hlahisitse mokhoa oa ho e romella le Inthaneteng. Ka mohlala, liteko tsa Sechaena tsa KKK ka sathelaete e bohōle ba lik'hilomithara tse likete tse 'maloa li tsejoa. Ho phaella Chaena, bo-pula-maliboho sebakeng sena ke KETS Quantum Security le Toshiba.

4. E 'ngoe ea mefuta ea kabo ea bohlokoa ea quantum, QKD