量子计算机可以为处理能力带来Quantum Leap,对数据科学和AI等领域具有无数益处。但是,也有一个黑暗的一面:这种额外的力量将使加密可以简单地阻止从我们的电子邮件到我们的网上银行安全的所有内容。

最近的一次来自全球风险研究所的报告据预测,到2026年,至关重要的密码工具将有七分之一的几率失效,到2031年,这一几率将上升到50%。与此同时,黑客和间谍可以收集用当前方法加密的数据,只需等待强大到足以破解密码的量子计算机被开发出来。

quantum-computers-encryption-7量子计算机对加密技术的威胁源于这样一个事实:一些最流行的加密方法依赖于解决极其复杂的数学问题。不幸的是,这正是量子计算机所擅长的。

而传统的计算机使用二进制系统,其比特可以表示为0或1,即量子比特- - - - - -或“量子位”- - - - - -由于一种称为叠加的现象,可以同时是0和1。当你在系统中加入量子位时,这就意味着计算机的力量呈指数增长让量子计算机的效率大大提高。

1994年,贝尔实验室(Bell Laboratories)的彼得·肖尔(Peter Shor)发明了一种量子算法,可以解决一个被称为整数分解的问题。作为一个来自美国国家标准与技术研究所的报告(NIST)在4月份发布的报告中指出,该算法可以有效地解决三种最广泛使用的加密方法的核心数学问题:迪菲-海尔曼密钥交换、RSA和椭圆曲线密码。

但是,威胁并不迫在眉睫;建筑量子计算机很困难。大多数设计依赖于复杂和昂贵的技术,如超导体,激光和低温,并且尚未将其从实验室中取出。谷歌,IBM和Microsoft都在努力将技术商业化。加拿大公司D-Wave已经销售量子计算机,但是能力仍然有限

量子力学的规律使这些计算机如此强大也提供一种规避危险的方法。量子加密使用光子形式的Qubits来通过将其编码到粒子的量子状态来牢固地发送信息。尝试测量量子状态的任何属性将改变另一个属性,这意味着可以通过收件人轻松检测到播放和读取消息的尝试。

quantum-computers-encryption-2这种方法最有前途的应用叫做量子密钥分发,它使用量子通信安全地共享密钥,这些密钥可以用来解密通过传统网络发送的消息。城市范围的网络已经在美国、欧洲和日本进行了演示中国最新的卫星启用了量子通信

但这些系统受到了阻碍低带宽而且它们只能在短距离内工作。中国正在努力建设一个2000公里长的量子网络但这将需要32个“可信节点”解码并重新传输密钥,这给系统带来了复杂性和潜在的弱点。

还没有保证量子通信将广泛采用加密开裂量子计算机变得可行。重要的是,构建一个强大的加密破坏量子计算机需要比重组整个通信网络的资源更少,以适应量子密码学。

幸运的是,有其他问题的方法不依赖于量子物理。如果密钥长度增加一倍,所谓的对称密钥算法可能会抵抗量子攻击基于格子的、基于代码的和多变量的密码学看起来都是量子计算机无法破解的。

但是,对称密钥仅在有限数量的应用程序中工作,其他方法仍在研究阶段。在其报告的后面,NISS宣布将推出公共竞争,以帮助推动开发这些新方法。它还建议组织专注于“加密敏捷性”,因此可以轻松地将其加密系统交换为量子硬化的系统。

但是这份文件强调了这样一个事实:部署我们目前的加密基础设施大约花了20年的时间。就在报告发布前一个月,来自麻省理工学院和奥地利因斯布鲁克大学的研究人员进行了演示五原子量子计算机能够运行Shor的算法来为编号为15。

最重要的是,他们的方法易于扩展,该团队表示,这意味着建造一个更强大的量子计算机现在是一个工程挑战,而不是概念上的挑战。不用说,比赛已经开始了。


图片来源:在上面

我是一名自由科技作家,住在印度班加罗尔。我的主要兴趣领域是工程学、计算机和生物学,尤其关注这三者之间的交叉点。

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