這是量子優(yōu)勢嗎？Quantinuum推出基于量子的加密密鑰服務

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生成的隨機數(shù)的“完全不可預測的加密密鑰”的服務。Quantinuum將Quantum Origin 稱為NISQ（嘈雜中尺度量子）計算機時代的首個商用量子密碼學產(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，利用量子力學的不可預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(由霍尼韋爾提供支持)。我們的加密密鑰是有史以來最強大的加密密鑰，也可能不止有史以來。”

Ilyas Kahn，Quantinuum 首席執(zhí)行官

Ilyas Kahn強調(diào)，該服務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。

這是實現(xiàn)量子優(yōu)勢的早期例子嗎？當應用程序在量子計算機上的性能比在經(jīng)典計算機上好得多，值得切換時。

從廣義上講，Quantum Origin是一個量子隨機數(shù)生成器，通常簡稱為QRNG。這聽起來可能微不足道，但事實并非如此，而且很多人認為這些QRNG及其可以增強的應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，“只是通過它的隨機性和不可預測性來衡量，因為加密密鑰幾乎只是0和1的隨機字符串。”

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)，那么當你測量它時，無論如何你都無法預測你將得到什么值。你會得到一個0或一個1，但你沒有機會確定它會是哪一個，即使你有一臺超級計算機，結果也是這樣。”Jones表示。

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

即使是在量子計算機上計算這些相對簡單的隨機數(shù)生成電路也并不容易。與量子計算相關的一系列常見挑戰(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)生隨機數(shù)。目前，它正在使用自己的H1俘獲離子量子計算機。當然，許多量子位技術（俘獲離子、超導、光學、冷原子等）正在開發(fā)。

當被問及俘獲離子技術是否具有特殊優(yōu)勢時，Ilyas Kahn表示，“現(xiàn)在下結論還為時過早？我們已經(jīng)在各種計算機上進行了測試。其中，我們已經(jīng)在牛津量子電路，一種超導機器上進行了測試。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。”

“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數(shù)，這反映了所謂的Mermin測試或Bell測試。這些是定義隨機性質(zhì)量的措施?，F(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，最佳結果來自捕獲離子設備。但這種情況可能明天就會發(fā)生改變，”他表示，同時承認，這些技術在競爭性量子比特技術中這些仍處于早期階段。

據(jù)Quantinuum報道，這項新服務已經(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行了測試使用具有可驗證量子隨機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

“當你找到云服務提供商，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準密鑰。現(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50到60美元，”Duncan Jones表示，“Quantum Origin也會按密鑰收費，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測的附加價值。”

圓桌會議上有很多關于安全和技術出口管制的問題。

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格。網(wǎng)絡安全和數(shù)據(jù)安全是一個緊迫的研究和活動領域。美國國家標準研究院 (NIST) 和英國國家網(wǎng)絡安全中心 (NCSC) 都有關于這一領域的積極的計劃。

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

Ilyas Kahn 表示，“展望未來，我認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，也沒有被設計用來使用來自實際量子計算機的輸出。它們是確定性進化的，并基于計算復雜性假設，即量子計算機不能做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的影響。一旦我們提供了不可預測的可驗證量子輸出，我們甚至無法想象的算法就會出現(xiàn)。”

回到QRNG，有許多應用領域可以通過使用真正的隨機數(shù)來改進。

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

Duncan Jone指出，“質(zhì)量隨機性是許多不同系統(tǒng)中的關鍵組成部分，尤其是在模擬領域。例如，蒙特卡羅模擬需要獲得高質(zhì)量的隨機性。所以，我認為除了密碼學，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注密碼學。我認為這是現(xiàn)在隨機性最重要的地方，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性。”

機器學習是另一個經(jīng)常提到的可能受益的領域。

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，將量子計算應用于解決制藥、材料科學、特種化學品和農(nóng)用化學品領域的復雜科學問題。它還宣布將對系統(tǒng)模型H1硬件技術進行重大升級，該技術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。”

據(jù)推測，這些近期產(chǎn)品也將使用QRNG。

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