Een enigma machine.Foto: Universiteit van Manchester (Flickr)
De weg vooruit is rotsachtig voor degenen die hopen te bouwen quantum computers, volgens een nieuw rapport van de Nationale Academie van Wetenschappen. Maar als deze computers mogelijk geworden, de overheid moet prioriteit geven aan het voorbereiden voor de mogelijke gevolgen, die zouden kunnen worden verschrikkelijk voor cybersecurity.
Natuurkundige Richard Feynman stelde voor het eerst voor een quantum computer in 1982, en wetenschappers uitgedrukt meer interesse in het gebied eenmaal wiskundige Peter Shor een algoritme ontwikkeld dat werkt exponentieel sneller op een quantum computer dan een gewone klassieke computer. Vandaag, quantum computing is het verhuizen van het domein van de fysica experimenten en in de commerciële wereld, met zowel de publieke als private sector investeringen en de echte, functionerende (maar rudimentaire) quantum computers beschikbaar voor mensen om te gebruiken. De Nationale Academie van Wetenschappen heeft nu een document met de samenvatting van het veld “voortgang en vooruitzichten.”
“De commissie zag geen fundamentele reden waarom een grote, fout-tolerant quantum computer kan niet worden gebouwd in principe,” de auteurs, bestaande uit een lange lijst van Amerikaanse natuurkundigen en informatici, schreef.
Quantum computers zijn computer processoren die op het vertalen van problemen in sets van qubits, in plaats van de klassieke bits. Klassieke bits zijn alleen opties die kunnen worden in één van de twee staten: nul of één. Qubits’ nullen en enen zijn in plaats van quantum-staten, wat betekent dat tijdens een berekening, ze kunnen bestaan gedeeltelijk tussen nul en één, totdat ze geobserveerd (denk aan de kat van Schrödinger, levend en dood tegelijk totdat het venster wordt geopend). Hun kracht komt uit dat de toegevoegde complexiteit, evenals hun vermogen om te verstrikken en beïnvloeden door middel van de wiskunde van de quantum mechanica.
Een dergelijke machine zou de grenzen van ons begrip van de natuurkunde. Maar het heeft een andere mogelijke toepassingen in het creëren van meer geavanceerde kunstmatige intelligentie of modelleren van nieuwe moleculen voor de drug therapieën. Qubits zijn niet alleen nuttig in processors, ze maken krachtige sensoren. Deze dagen, het is uitgegroeid tot een nationaal veiligheidsprobleem; een quantum computer kan uitvoeren Shor ‘ s algoritme kan kraken van de public-key cryptografie gebruikt voor het opslaan van veel van onze gegevens.
Het rapport, geschreven door veel van de meest bekende wetenschappers op dit gebied, richt zich op de uitdagingen en de mogelijke voordelen van een quantum computer, en stelt verwachtingen. Immers, quantum computers zijn aangeboren fout-gevoelig, wat betekent dat je niet per se de definitieve antwoord dat je zou verwachten van het algoritme te wijten aan de intrinsieke ruis. Error-correctie-algoritmen kan het oplossen van deze problemen, maar zou het verhogen van de rekentijd en mag niet worden verwacht op de korte termijn. Het is moeilijk om te laden klassieke grote datasets in een kwantumtoestand zonder quantum RAM. Het ontwerpen van algoritmen is moeilijk, en dus is het debuggen van een computer waarvan u de tussenliggende staten die u niet kunt zien.
Een Shor ‘ s algoritme voor het kraken van de quantum computer is “meer dan een decennium uit,” misschien wel meerdere decennia opmerking. Eerder dan een schatting maken wanneer het rapport schrijvers voorgesteld een gegeven inschatten van quantum computers’ macht gebaseerd op het aantal qubits en hoe waarschijnlijk het is dat ze zijn fout. En ze wist niet dat het waarschijnlijk is dat quantum computers zal het volledig vervangen van de klassieke computers—in plaats daarvan, ze zijn bedoeld als aanvulling op klassieke computers.
Maar ondanks de ontluikende staat van quantum computing, het rapport waarschuwt dat het belangrijk is bij het zoeken naar praktische toepassingen voor de luidruchtige machines die nu beschikbaar zijn om ontwikkelingen sneller plaatsvinden. Ondertussen schrijven ze dat de voorbereidingen voor quantum-veilige cryptografische methoden moet nu beginnen, gezien de mogelijke gevaren van een code kraken van de machine.
“Van auto’ s en vliegtuigen aan de macht planten—als zij zullen operationeel worden van 15 naar 30 jaar vanaf nu, is ze nu al moeten beginnen met het plannen van een migratie naar [quantum-safe] cryptografie,” Michael Osborne, manager van quantum veilig cryptografie bij IBM Research, die niet betrokken was bij het nieuwe rapport, vertelde Gizmodo.
Het rapport waarschuwt over de staat van de financiering in quantum onderzoek, vooral in de VS. Andere landen, inclusief China, hebben zich veel geld en mensen om het ontwikkelen van quantum technologies. Hier in de VS, veel van onze quantum wetenschap wordt privaat gefinancierd—maar misschien niet bieden onmiddellijke commerciële voordelen. “Als het op korte termijn quantum computers zijn niet commercieel succesvol te zijn, geld van de overheid kunnen worden van essentieel belang om te voorkomen dat een significante daling in quantum computing research en ontwikkeling,” de auteurs van rapporten schrijven.
En je moet nemen rapporten als dit serieus. “De Nationale Academies van Wetenschappen wordt zeer gewaardeerd voor zijn geloofwaardige en objectieve rapporten, zoals deze, over onderwerpen van de huidige wetenschappelijke en technologische belang”, zegt Anne Matsuura, één van het verslag van de revisoren en de directeur van de quantum-toepassingen en-architectuur bij Intel Labs, vertelde Gizmodo.
De AMERIKAANSE overheid neemt het serieus, het lijkt. Er is een wetsvoorstel dat door het Huis en is nog steeds zitten in de Senaat zou dat geld inbrengen in de quantum-computing-industrie.
Maar het is duidelijk dat quantum computing is niet weg te gaan. Voortdurende investering en het onderzoek kon maken fouten gecorrigeerd quantum computing een realiteit in de komende tien jaar en het is tijd voor degenen die kwetsbaar zijn voor quantum aanslagen voor te bereiden.
[NASEM]
Deel Dit Verhaal