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

北京時(shí)間12月9日消息（余予）由霍尼韋爾量子計(jì)算部門(mén)和英國(guó)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(jì)算機(jī)生成的隨機(jī)數(shù)的“完全不可預(yù)測(cè)的加密密鑰”的服務(wù)。Quantinuum將Quantum Origin 稱為NISQ（嘈雜中尺度量子）計(jì)算機(jī)時(shí)代的首個(gè)商用量子密碼學(xué)產(chǎn)品。

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

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

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(shí)。至少在開(kāi)始時(shí)，只需要一個(gè)API。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，它基本上是一個(gè)黑匣子。

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

從廣義上講，Quantum Origin是一個(gè)量子隨機(jī)數(shù)生成器，通常簡(jiǎn)稱為QRNG。這聽(tīng)起來(lái)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(jì)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(guò)它的隨機(jī)性和不可預(yù)測(cè)性來(lái)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(jì)算可以提供這樣的字符串。“如果你創(chuàng)造了一個(gè)50% 0 和 50% 1 的量子態(tài)，那么當(dāng)你測(cè)量它時(shí)，無(wú)論如何你都無(wú)法預(yù)測(cè)你將得到什么值。你會(huì)得到一個(gè)0或一個(gè)1，但你沒(méi)有機(jī)會(huì)確定它會(huì)是哪一個(gè)，即使你有一臺(tái)超級(jí)計(jì)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(gè)混合量子經(jīng)典系統(tǒng)，量子計(jì)算機(jī)發(fā)揮了決定性的優(yōu)勢(shì)。

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

Quantinuum表示，它已經(jīng)開(kāi)發(fā)出必要的量子系統(tǒng)控制和電路來(lái)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(jì)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(kāi)發(fā)。

當(dāng)被問(wèn)及俘獲離子技術(shù)是否具有特殊優(yōu)勢(shì)時(shí)，Ilyas Kahn表示，“現(xiàn)在下結(jié)論還為時(shí)過(guò)早？我們已經(jīng)在各種計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了測(cè)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(cè)試。最初的beta測(cè)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(jì)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(cè)試或Bell測(cè)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(lái)自捕獲離子設(shè)備。但這種情況可能明天就會(huì)發(fā)生改變，”他表示，同時(shí)承認(rèn)，這些技術(shù)在競(jìng)爭(zhēng)性量子比特技術(shù)中這些仍處于早期階段。

據(jù)Quantinuum報(bào)道，這項(xiàng)新服務(wù)已經(jīng)被用于合作伙伴的一系列項(xiàng)目。它的兩個(gè)早期合作伙伴——美國(guó)私人航天公司Axiom Space 和富士通——出席了此次圓桌會(huì)議。正在建設(shè)商業(yè)空間站的 Axiom Space 使用 Quantum Origin 對(duì)國(guó)際空間站和地球之間的后量子加密通信進(jìn)行了測(cè)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(jià)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(shí)，他們通常會(huì)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(gè)密鑰的壽命大約五年左右，也就是60個(gè)月。所以你通常要花費(fèi)50到60美元，”Duncan Jones表示，“Quantum Origin也會(huì)按密鑰收費(fèi)，我們會(huì)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(cè)的附加價(jià)值。”

圓桌會(huì)議上有很多關(guān)于安全和技術(shù)出口管制的問(wèn)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(gè)緊迫的研究和活動(dòng)領(lǐng)域。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究院 (NIST) 和英國(guó)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全中心 (NCSC) 都有關(guān)于這一領(lǐng)域的擠擠的計(jì)劃。

NIST一直在積極開(kāi)發(fā)所謂后量子標(biāo)準(zhǔn)化算法，旨在阻止量子計(jì)算機(jī)破解加密消息的能力。理論上，完全容錯(cuò)的量子計(jì)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(jì)容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)不會(huì)很快出現(xiàn)。

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

回到QRNG，有許多應(yīng)用領(lǐng)域可以通過(guò)使用真正的隨機(jī)數(shù)來(lái)改進(jìn)。一個(gè)量子初創(chuàng)公司，哈從哈佛大學(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(lái)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(huì)有很多潛在用例。也許更好的問(wèn)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(lái)可能會(huì)為其他用例提供隨機(jī)性。”

機(jī)器學(xué)習(xí)是另一個(gè)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(shí)候推出一款企業(yè)軟件包，將量子計(jì)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(wèn)題。它還宣布將對(duì)系統(tǒng)模型H1硬件技術(shù)進(jìn)行重大升級(jí)，該技術(shù)由霍尼韋爾提供支持，具有最高的測(cè)量量子體積，以及減少錯(cuò)誤的行業(yè)突破，從而繼續(xù)朝著容錯(cuò)量子系統(tǒng)的發(fā)展穩(wěn)步前進(jìn)。”

據(jù)推測(cè)，這些近期產(chǎn)品也將使用QRNG。

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