新闻

量子竞赛:量子加密安全、编程语言和开发综述

2018年7月31日通过罗宾·米切尔

在冷战的太空竞赛中，美国和俄罗斯开发了多种航空航天技术。但一场新的竞赛即将开始，主要是在企业之间，赢家将释放量子计算领域的力量。

安全狂喜

在过去的30年里，计算技术催生了许多关键技术，其中最重要的是互联网，它们对全球经济产生了巨大的影响。银行可以远程访问，购物可以用手机完成，股票可以按下按钮进行交易。

但发送执行此类任务的信息必须经过加密，以防止攻击者获取敏感信息。结果，人们发明了许多不同形式的密码学来加密信息，这些信息可能需要数十亿年的时间才能被计算机攻击。质数是现代密码系统的关键，因为它们的计算困难，所以质数必须被发现而不是被计算(也就是说，没有预测质数的通用公式)。

现代安全依赖于质数难以找到。

虽然计算领域一直存在漏洞，但我们即将进入一个处理密码学威胁的新时代。实用的量子计算机已经非常接近于成为现实。

与传统计算机不同，量子计算机利用量子效应对量子态进行计算，量子态可以同时进行多个计算。事实上，30个量子位元就可以完成同时进行10亿次计算。有了执行这种计算的能力，量子计算机可以轻而易举地解决现代密码系统，部分原因是发现非常大的质数会容易得多。

量子计算机已经存在，但它们还不是实用的机器——每台都使用相对较少的量子位元，它们主要用于科学研究。但当量子计算机变得更加普遍时，对量子级安全的强调将是至关重要的。

这就是为什么企业之间建造实用量子计算机(以及针对它们的安全措施)的竞赛已经开始。以下是围绕量子计算问题的一些最新举措。

量子计算机编程

尽管目前的量子计算机系统还不实用，但许多人已经在尝试解决如何适当地为它们编程的问题。

传统的计算机(基于传统的二进制)是线性系统，一个接一个地运行指令，这使得创建和跟踪程序很容易。然而，量子计算机更像是一台数学机器，通过使用量子门配置复杂的量子算法，然后将量子数据输入系统n次以产生一个结果。

然而，科技公司已经开始考虑如何真正使用量子计算机。

微软的新语言，Q＃，是量子计算机语言吗设计用于在经典计算机上运行，以便用户可以在Visual Studio环境中开发量子项目。微软也发布了四个教程Katas教授量子计算的基础知识。每个教程都有示例和输出，允许用户测试他们的量子程序，看看它们是否正确。这四个教程涵盖了基本的量子门、叠加、测量和Deutsch-Jozsa算法。

与此同时，谷歌最近宣布Cirq，一个开发量子算法的开源框架以及NISQ计算机上的程序。虽然目前开发的量子算法还不能在真正的量子计算机上运行，但它们确实为开发提供了一个框架。就像Q#一样，Cirq也可以通过GitHub下载但是是编码的Python它允许在大多数平台上开发量子算法。

有趣的是，Cirq允许通过模拟分子和材料的特性来创造量子电路和量子门——但是，由于它们是模拟的，执行大型量子计算是不可能的(也就是说，安全系统目前在理论上是安全的)。

量子发展的孵化器

处于量子技术前线的IBM公司创建了一个名为“IBM问网络”。它的主要目标是把领先的公司聚集在一起，帮助推动量子计算技术的边界，探索商业和科学的实际应用。用他们自己的话来说项目目标是“看透炒作，专注于量子计算的当前状态，以及组织和开发人员如何为未来做准备。”

参加这个项目的公司有哪些?它们来自哪里?快速的研究表明它们是公司主要位于西方比如Zapta Computing(剑桥)、Strangeworks(奥斯汀)和QC Ware(帕洛阿尔托)。

立法者试图跟上形势

这场量子竞赛也在法律上得到了立法。上个月，德克萨斯州国会议员威尔·赫德警告计算威胁来自中国和俄罗斯等竞争对手。

为了应对这一威胁，赫德在国会强调了一项提案，国家量子倡议法案，这将使美国成为量子信息科学领域的领导者。由美国众议院科学、空间和技术委员会主席拉马尔·史密斯介绍国家量子倡议法案旨在做一些事情，如支持在美国领土上的量子发展，确定和解决美国量子研究的“研究差距”和就业问题，并建立一个国家量子协调办公室来组织这些工作。

结论

量子计算的时代正在到来。当实际的量子计算机到来时，当前的加密方法将无法保护敏感数据。

但是谁会先得到技术呢?这种权力会被用来剥削银行和股票市场吗?或者它将被用于立即创建新的密码解决方案?现实可能是双量子计算的结合，可以也将会被用于好的方面和坏的方面。

关于量子计算机，您想了解什么?请在下面的评论中告诉我们。

精选图片由IBM。