這是量子優(yōu)勢嗎？Quantinuum推出基于量子的加密密鑰服務(wù)

北京時間12月9日消息（余予）由霍尼韋爾量子計算部門和英國劍橋量子公司合并而成的新公司Quantinuum近日推出Quantum Origin，提供基于量子計算機(jī)生成的隨機(jī)數(shù)的“完全不可預(yù)測的加密密鑰”的服務(wù)。Quantinuum將Quantum Origin 稱為NISQ（嘈雜中尺度量子）計算機(jī)時代的首個商用量子密碼學(xué)產(chǎn)品。

“它今天在這里，它存在。不是未來兩年、五年、十年或二十年。這是一種無法使用經(jīng)典計算機(jī)生成或創(chuàng)建的產(chǎn)品，”Quantinuum首席執(zhí)行官Ilyas Kahn在Q2B 會議前夕舉行的“虛擬”圓桌會議上表示。

Quantinuum量子網(wǎng)絡(luò)安全主管Duncan Jones表示：“簡而言之，Quantum Origin是一個云托管平臺，利用量子力學(xué)的不可預(yù)測性來生成加密密鑰，這些密鑰以來自Quantinuum的H系列（離子阱）量子計算機(jī)(由霍尼韋爾提供支持)。我們的加密密鑰是有史以來最強(qiáng)大的加密密鑰，也可能不止有史以來。”

Ilyas Kahn，Quantinuum 首席執(zhí)行官

Ilyas Kahn強(qiáng)調(diào)，該服務(wù)的用戶不需要量子硬件或?qū)I(yè)知識。至少在開始時，只需要一個API。對于用戶來說，它基本上是一個黑匣子。

這是實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢的早期例子嗎？當(dāng)應(yīng)用程序在量子計算機(jī)上的性能比在經(jīng)典計算機(jī)上好得多，值得切換時。

從廣義上講，Quantum Origin是一個量子隨機(jī)數(shù)生成器，通常簡稱為QRNG。這聽起來可能微不足道，但事實(shí)并非如此，而且很多人認(rèn)為這些QRNG及其可以增強(qiáng)的應(yīng)用程序代表了量子計算中唾手可得的成果。

“我們衡量加密密鑰質(zhì)量的方式，”Duncan Jones解釋稱，“只是通過它的隨機(jī)性和不可預(yù)測性來衡量，因?yàn)榧用苊荑€幾乎只是0和1的隨機(jī)字符串。”

基于疊加和糾纏的量子計算可以提供這樣的字符串。“如果你創(chuàng)造了一個50% 0 和 50% 1 的量子態(tài)，那么當(dāng)你測量它時，無論如何你都無法預(yù)測你將得到什么值。你會得到一個0或一個1，但你沒有機(jī)會確定它會是哪一個，即使你有一臺超級計算機(jī)，結(jié)果也是這樣。”Jones表示。

這里的Continuum 解決方案實(shí)際上是一個混合量子經(jīng)典系統(tǒng)，量子計算機(jī)發(fā)揮了決定性的優(yōu)勢。

即使是在量子計算機(jī)上計算這些相對簡單的隨機(jī)數(shù)生成電路也并不容易。與量子計算相關(guān)的一系列常見挑戰(zhàn)，例如系統(tǒng)和環(huán)境噪聲，可能會破壞電路。

Quantinuum表示，它已經(jīng)開發(fā)出必要的量子系統(tǒng)控制和電路來可靠地產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。目前，它正在使用自己的H1俘獲離子量子計算機(jī)。當(dāng)然，許多量子位技術(shù)（俘獲離子、超導(dǎo)、光學(xué)、冷原子等）正在開發(fā)。

當(dāng)被問及俘獲離子技術(shù)是否具有特殊優(yōu)勢時，Ilyas Kahn表示，“現(xiàn)在下結(jié)論還為時過早？我們已經(jīng)在各種計算機(jī)上進(jìn)行了測試。其中，我們已經(jīng)在牛津量子電路，一種超導(dǎo)機(jī)器上進(jìn)行了測試。最初的beta測試是在2020年10月，在他們生成的生態(tài)系統(tǒng)中使用了IBM計算機(jī)。”

“我們發(fā)現(xiàn)，由于俘獲離子裝置的保真度，帶給了我們聞所未聞的分?jǐn)?shù)，這反映了所謂的Mermin測試或Bell測試。這些是定義隨機(jī)性質(zhì)量的措施。現(xiàn)在還有其他一些因素在起作用，例如輸出量、速度等，就目前而言，最佳結(jié)果來自捕獲離子設(shè)備。但這種情況可能明天就會發(fā)生改變，”他表示，同時承認(rèn)，這些技術(shù)在競爭性量子比特技術(shù)中這些仍處于早期階段。

據(jù)Quantinuum報道，這項新服務(wù)已經(jīng)被用于合作伙伴的一系列項目。它的兩個早期合作伙伴——美國私人航天公司Axiom Space 和富士通——出席了此次圓桌會議。正在建設(shè)商業(yè)空間站的 Axiom Space 使用 Quantum Origin 對國際空間站和地球之間的后量子加密通信進(jìn)行了測試使用具有可驗(yàn)證量子隨機(jī)性的后量子密鑰加密，將消息“Hello Quantum World”發(fā)送回地球；富士通使用量子增強(qiáng)密鑰和傳統(tǒng)算法將 Quantum Origin 集成到其軟件定義廣域網(wǎng) (SDWAN) 中。

Duncan Jones表示，Continuum在定價方面遵循行業(yè)慣例。

Duncan Jones，Quantinuum

“當(dāng)你找到云服務(wù)提供商，要求AWS或谷歌或其他人為你生成加密密鑰時，他們通常會向你收取每月1 美元的費(fèi)用，讓你擁有該密鑰并將其保存在安全的環(huán)境中。這里指的是使用我們現(xiàn)在已經(jīng)超越的方法生成的標(biāo)準(zhǔn)密鑰?，F(xiàn)在，一個密鑰的壽命大約五年左右，也就是60個月。所以你通常要花費(fèi)50到60美元，”Duncan Jones表示，“Quantum Origin也會按密鑰收費(fèi)，我們會收取密鑰總生命周期成本的一小部分，以確保密鑰完全不可預(yù)測的附加價值。”

圓桌會議上有很多關(guān)于安全和技術(shù)出口管制的問題。

Kahn表示，Quantinuum遵循了不同地區(qū)政府的要求，并且客戶的入廠流程非常嚴(yán)格。網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全是一個緊迫的研究和活動領(lǐng)域。美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究院 (NIST) 和英國國家網(wǎng)絡(luò)安全中心 (NCSC) 都有關(guān)于這一領(lǐng)域的積極的計劃。

NIST一直在積極開發(fā)所謂后量子標(biāo)準(zhǔn)化算法，旨在阻止量子計算機(jī)破解加密消息的能力。理論上，完全容錯的量子計算機(jī)將能夠解密任何經(jīng)典編碼的密鑰。NIST的工作目前基于經(jīng)典系統(tǒng)，預(yù)計容錯量子計算機(jī)不會很快出現(xiàn)。

Ilyas Kahn 表示，“展望未來，我認(rèn)為后量子算法將會出現(xiàn)狂熱的活動。我為什么這么說？現(xiàn)有的NIST 候選算法都沒有考慮過，也沒有被設(shè)計用來使用來自實(shí)際量子計算機(jī)的輸出。它們是確定性進(jìn)化的，并基于計算復(fù)雜性假設(shè)，即量子計算機(jī)不能做X、Y或Z。如果算法打破了這個邊界，就會使其免受量子計算機(jī)的影響。一旦我們提供了不可預(yù)測的可驗(yàn)證量子輸出，我們甚至無法想象的算法就會出現(xiàn)。”

回到QRNG，有許多應(yīng)用領(lǐng)域可以通過使用真正的隨機(jī)數(shù)來改進(jìn)。

從哈佛大學(xué)拆分出的量子初創(chuàng)公司Zapata，正在圍繞利用量子生成的隨機(jī)數(shù)作為各種應(yīng)用程序的輸入的想法，來構(gòu)建其早期的商業(yè)模式。

Duncan Jone指出，“質(zhì)量隨機(jī)性是許多不同系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，尤其是在模擬領(lǐng)域。例如，蒙特卡羅模擬需要獲得高質(zhì)量的隨機(jī)性。所以，我認(rèn)為除了密碼學(xué)，它們還會有很多潛在用例。也許更好的問題可能是為什么首先關(guān)注密碼學(xué)。我認(rèn)為這是現(xiàn)在隨機(jī)性最重要的地方，但是是的，我可以想象我們將來可能會為其他用例提供隨機(jī)性。”

機(jī)器學(xué)習(xí)是另一個經(jīng)常提到的可能受益的領(lǐng)域。

目前，Quantinuum 擁有大約400名員工。該公司早期發(fā)布通知中稱，“Quantinuum將于2021年12月在全球推出量子網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品，并于2022年晚些時候推出一款企業(yè)軟件包，將量子計算應(yīng)用于解決制藥、材料科學(xué)、特種化學(xué)品和農(nóng)用化學(xué)品領(lǐng)域的復(fù)雜科學(xué)問題。它還宣布將對系統(tǒng)模型H1硬件技術(shù)進(jìn)行重大升級，該技術(shù)由霍尼韋爾提供支持，具有最高的測量量子體積，以及減少錯誤的行業(yè)突破，從而繼續(xù)朝著容錯量子系統(tǒng)的發(fā)展穩(wěn)步前進(jìn)。”

據(jù)推測，這些近期產(chǎn)品也將使用QRNG。

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