강력한 양자 컴퓨터는 암호화를 해독하여 클래식 컴퓨터가 해결할 수 없는 문제를 해결할 수 있다.

강력한 양자 컴퓨터는 암호화를 해독하여 고전 기계가 해결할 수 없는 문제를 해결할 수 있다. 아직 이런 설비를 만드는 데 성공한 사람은 없지만, 우리는 최근 진보의 발걸음을 보았다. 그렇다면 새해가 될 수 있을까? 현재, 양자 패권이라고 불리는 중요한 이정표에 집중하고 있습니다. 즉, 양자 컴퓨터는 합리적인 시간 내에 고전 컴퓨터가 완성할 수 없는 계산을 할 수 있습니다.

20 19 년 구글은 처음으로 54 개의 양자 비트 (일반 계산 비트의 양자 등가) 가 있는 장치를 사용하여 무작위 샘플링 계산이라는 기본적인 쓸모없는 계산을 수행하여 이 목표를 달성했습니다. 202 1 년, 중과대의 한 팀은 56 개의 양자비트로 더 복잡한 샘플링 문제를 해결한 후 60 개의 양자비트로 더 멀리 밀었다.

하지만 IBM 의 Bob Sutor 에 따르면, 이 비약적인 게임은 학문적 성과이며 아직 진정한 영향을 미치지 않았다고 합니다. 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 월등히 우수할 뿐, 서로 다른 문제를 해결할 수 있어야 진정한 패권을 실현할 수 있다. 현재 기준인 무작위 샘플링 계산이 아니다.

그는 IBM 이' 양자 비즈니스 이점' 을 실현하기 위해 노력하고 있다고 말했다. 이 점에서 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 연구원이나 회사에 정말 유용한 문제를 더 빨리 해결할 수 있다. 소톨은 이것이 아직 오지 않았고, 새해도 오지 않을 것이라고 말했지만, 10 년 안에 예상할 수 있다.

양자소프트웨어회사 Classiq 의 공동 설립자인 Nir Minerbi 가 더욱 낙관적이다. 그는 새해가 유용한 문제에 양자 패권을 보여줄 것이라고 믿는다.

첫 전동차가 나왔을 때를 기억하시나요? 그들은 식료품점에 차를 몰고 가는 데 유용하지만, 300 킬로미터를 운전해서 아이를 대학에 보내기에는 적합하지 않을 수도 있다. 전기 자동차와 마찬가지로 양자 컴퓨터는 시간이 지날수록 점점 더 좋아져서 더 광범위한 응용에서 작용할 것이다.

실제 문제를 해결하는 데는 많은 장애가 있다. 첫 번째는 장치가이 작업을 수행하기 위해 수천 개의 양자 비트가 필요하며 이러한 양자 비트는 기존 양자 비트보다 안정적이고 신뢰할 수 있어야합니다. 연구원들은 그것들을 하나로 묶어 하나의' 논리적 양자 비트' 로 일해야 할 것 같다. 이는 충실도를 높이는 데 도움이 되지만 규모의 증가를 약화시킵니다. 수천 개의 논리적 양자 비트에는 수백만 개의 물리적 양자 비트가 필요할 수 있습니다.

시간이 지남에 따라 양자 컴퓨터는 일련의 응용 프로그램에서 더 좋고 유용하게 될 것이다.

연구원들은 또한 양자 오류 수정을 위해 노력하여 장애가 발생할 때 수리할 수 있도록 한다. 202 1 년 7 월 구글은 Sycamore 프로세서가 초전도 양자 비트의 오류를 감지하고 복구할 수 있다고 발표했지만, 이를 수행하는 데 필요한 추가 하드웨어는 복구보다 더 많은 오류를 도입했습니다. 메릴랜드 연합 양자연구소의 연구원들은 나중에 그들이 잡은 이온 양자비트로 이 중요한 수지 균형 임계값을 성공적으로 통과했다.

그럼에도 불구하고 아직 시기상조이다. 만약 범용 양자 컴퓨터가 새해에 유용한 문제를 해결한다면, 그것은' 상당히 충격적일 것' 이다. 수천 개의 인코딩 양자 비트를 계산하는 것은 말할 것도 없고, 언제든지 단일 인코딩 양자 비트를 보호할 수 있습니다.

양자 컴퓨터는 비트코인 암호화나 모방 분자를 해독하는 데 얼마나 걸립니까?

양자 컴퓨터는 전복될 것으로 예상되며 많은 산업 분야에 영향을 줄 수 있다. 이에 따라 영국과 네덜란드의 연구원들은 비트코인 (디지털 통화) 을 해독하는 암호화와 생물학적 질소 고정을 담당하는 분자를 시뮬레이션하기로 했다. 연구원들은 이러한 문제를 해결하는 데 필요한 양자 컴퓨터의 양과 소요 시간을 결정하기 위해 만든 도구에 대해 설명합니다.

이 분야의 기존 업무는 대부분 특정 하드웨어 플랫폼 및 초전도 장비에 집중되어 있으며, 이는 IBM 과 구글이 열심히 개발하고 있는 것이다. 하드웨어 플랫폼마다 양자 비트의 연산 속도 및 제어 품질과 같은 주요 하드웨어 사양에 큰 차이가 있을 수 있습니다. 가장 유망한 양자 우세 용례 중 상당수는 양자 컴퓨터를 수정해야 할 것이다. 오류 수정은 양자 컴퓨터의 고유 오류를 보정하여 더 긴 알고리즘을 실행할 수 있지만, 이는 더 많은 물리적 양자 비트를 대가로 하는 것이다. 공기에서 질소를 추출하여 비료로 사용되는 암모니아를 생산하는 것은 매우 에너지 소모적이며, 이 과정을 개선하면 세계 식량 부족과 기후 위기에 영향을 줄 수 있다. 현재 관련 분자의 시뮬레이션은 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터의 능력보다 훨씬 뛰어나지만 차세대 양자컴퓨터의 범위 내에 있어야 한다.

당사의 도구는 주요 하드웨어 사양에 따라 오류 수정 오버헤드를 자동으로 계산합니다. 양자 알고리즘이 더 빨리 실행되도록 하기 위해 더 많은 물리적 양자 비트를 추가하여 더 많은 연산을 병렬로 수행할 수 있습니다. 필요에 따라 추가 양자 비트를 도입하여 필요한 가동 시간을 달성합니다. 이는 물리적 하드웨어 수준의 작동 속도에 크게 좌우됩니다. 인접한 양자 비트 만 직접 상호 작용할 수 있기 때문에 대부분의 양자 컴퓨팅 하드웨어 플랫폼은 제한적입니다. 다른 플랫폼에서는, 예를 들면, 몇몇 투 옥 이온의 디자인, 양자 비트는 고정 위치에 있지 않다, 그러나 물리적으로 움직일 수 있다-즉, 각 양자 비트는 다른 많은 양자 비트와 직접 상호 작용할 수 있다.

우리는 더 적은 양자 비트로 더 짧은 시간 내에 문제를 해결할 수 있도록 이 능력을 최대한 활용하여 먼 양자 비트를 연결하는 방법을 탐구했다. 우리는 기본 하드웨어를 활용하기 위해 오류 수정 전략을 계속 조정해야 합니다. 이로 인해 이전에 가정한 것보다 더 작은 양자 컴퓨터를 사용하여 영향이 큰 문제를 해결할 수 있습니다.

양자 컴퓨터는 많은 암호화 기술을 해독하는 데 있어서 클래식 컴퓨터보다 더 강하다. 전 세계 대부분의 보안 통신 디바이스는 RSA 암호화를 사용합니다. RSA 암호화 및 비트코인 (타원형 곡선 디지털 서명 알고리즘) 중 하나가 언젠가는 양자 컴퓨팅의 공격에 취약할 수 있지만, 오늘날 가장 큰 슈퍼컴퓨터도 심각한 위협이 되지는 않습니다. 연구가들은 양자 컴퓨터가 실제로 위협을 구성하는 짧은 시간 내에 비트코인 네트워크의 암호화를 해독할 수 있을 만큼 충분히 커야 한다고 추정하고 있습니다. 즉, 발표되어 블록 체인에 통합되기 전에 말이죠. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 거래비용이 높을수록 창구는 짧지만 몇 분에서 몇 시간까지 다양할 수 있습니다.

가장 진보한 양자 컴퓨터는 50- 100 개의 양자 비트밖에 없다. "우리는 우리가 3000 만 ~ 3 억 개의 물리적 양자비트가 필요하다고 추정한다. 이는 비트코인이 현재 안전하다고 여겨져야 하고 양자공격을 받지 않는다는 것을 보여준다. 하지만 이런 크기의 설비는 보통 실현가능한 것으로 간주되고, 앞으로의 진전은 요구 사항을 더욱 낮출 수 있다. 비트코인 네트워크는 양자 보안 암호화 기술을' 하드 분기' 할 수 있지만 메모리 수요 증가로 인해 네트워크 확장 문제가 발생할 수 있습니다.

연구원들은 양자 알고리즘과 오류 수정 프로토콜의 개선 속도를 강조했다. 4 년 전, 우리는 이온 우물 장비가 RSA 암호화를 깨기 위해 1 억의 물리적 양자비트가 필요하다고 추정했습니다. 이를 위해서는100X100m2 의 장비가 필요합니다. 이제 전반적으로 개선됨에 따라 이는 2.5 x 2.5 제곱미터로 크게 감소할 수 있습니다. 대규모 오류 수정 양자 컴퓨터는 고전 컴퓨터가 해결할 수 없는 중요한 문제를 해결할 수 있어야 한다. 아날로그 분자는 에너지 효율, 배터리, 개량촉매, 신소재 및 신약 개발에 적용될 수 있다. 금융, 빅 데이터 분석, 유체 흐름, 항공기 설계의 물류 최적화 등 다양한 응용 분야를 포괄합니다.

양자 계시란 무엇입니까?

암호화된 비밀 파일이 갑자기 해독되는 세상을 상상해 보십시오. 이것이 바로' 양자 계시' 입니다. 간단히 말해서, 양자 컴퓨터는 지난 세기에 개발된 것과 완전히 다른 방식으로 작동한다. 이론적으로, 그것들은 결국 오늘날의 기계보다 훨씬 빠를 것이다. 즉, 데이터 암호 해독을 시도하는 것과 같이 매우 복잡하고 시간이 많이 걸리는 문제에 직면해 있습니다. 그중에는 수십억 개의 배열이 있습니다. 그렇다면 일반 컴퓨터가 암호를 해독하는 데 수년이 걸릴 것입니다. 그러나 이론적으로 미래의 양자 컴퓨터는 몇 초 안에 이 일을 완성할 수 있다. 이런 컴퓨터는 인류를 위해 각종 문제를 해결할 수 있다. 영국 정부는 옥스포드군 하비에르에 위치한 국가 양자계산센터에 투자하며 이 분야의 연구를 완전히 바꾸길 희망하고 있다.

양자 컴퓨팅의 새로운 언어

Twist 는 양자 프로그램 오류를 방지하기 위해 어떤 데이터가 서로 얽혀 있는지 설명하고 확인할 수 있는 MIT 에서 개발한 프로그래밍 언어입니다. 시간 결정화, 전자레인지, 다이아, 이 세 가지 다른 것의 유사점은 무엇입니까? 양자 계산. 비트를 사용하는 기존 컴퓨터와 달리 양자 컴퓨터는 양자 비트를 사용하여 정보를 0 또는 1 또는 둘 다로 인코딩합니다. 양자물리학의 힘과 함께 냉장고 크기의 기계들은 대량의 정보를 처리할 수 있지만, 그것들은 완벽하지 않다. 우리의 일반적인 컴퓨터와 마찬가지로, 양자 컴퓨터에서 정확하게 계산하려면 올바른 프로그래밍 언어가 필요합니다.

양자 컴퓨터를 프로그래밍하려면 얽히게 하는 것을 알아야 합니다. 얽히게 하는 것은 강력한 에너지로 바꿀 수 있는 다양한 양자 비트에 사용되는 컴퓨터입니다. 두 개의 양자 비트가 서로 얽히면 한 양자 비트에 대한 작용이 다른 양자 비트의 값을 바꿀 수 있다. 비록 물리적으로 분리되어 있더라도 아인슈타인이' 장거리 귀신 작용' 에 대한 묘사를 하게 된다. 하지만 이 효과는 약점의 원천이기도 하다. 프로그래밍할 때 다른 양자 비트와의 얽힘에 주의하지 않고 한 양자 비트를 버리면 다른 양자 비트에 저장된 데이터가 손상되어 프로그램의 정확성이 위태로워집니다.

매사추세츠 공과대학의 컴퓨터과학과 인공지능 (CSAIL) 과학자들은 자신의 양자계산프로그래밍 언어인 Twist 를 만들어 이 수수께끼를 해결하기 위해 노력하고 있다. Twist 는 고전 프로그래머가 이해할 수 있는 언어로 양자 프로그램에서 얽힌 데이터를 설명하고 검증할 수 있다. 이 언어는 순수하다는 개념을 사용하는데, 이 개념은 강제적으로 얽매이지 않고, 좀 더 직관적인 절차를 만들어 내고, 이상적으로는 실수가 적다. (알버트 아인슈타인, 언어명언) 예를 들어 프로그래머는 Twist 를 사용하여 프로그램에서 생성된 임시 데이터를 쓰레기로 사용하여 프로그램의 답과 얽혀 있지 않으므로 안심하고 폐기할 수 있습니다.

신흥 분야는 사람들에게 화려함과 미래감을 느끼게 할 수 있지만, 거대한 금속 기계의 이미지가 머릿속에 떠오르지만, 양자 컴퓨터는 암호학과 통신 프로토콜, 검색, 전산 물리학, 화학 등 고전적으로 해결할 수 없는 임무에서 컴퓨팅 돌파를 실현할 수 있다. 전산 과학의 주요 과제 중 하나는 문제의 복잡성과 필요한 계산량을 처리하는 것이다. 고전 디지털 컴퓨터는 이런 시뮬레이션을 처리하기 위해 매우 많은 기하급수적 비트가 필요하며, 양자컴퓨터는 아주 적은 양의 양자비트를 사용하여 이 작업을 수행할 수 있습니다. 만약 정확한 프로그램이 있다면. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 컴퓨터명언) 우리 언어인 Twist 를 통해 개발자는 언제 다른 양자비트와 얽매이지 않는지 명확하게 설명함으로써 더 안전한 양자프로그램을 작성할 수 있다. "라고 매사추세츠 공대 전기공학과 컴퓨터과학 박사생인 찰스 원 (Charles Yuan) 은 Twist 의 새 논문의 첫 번째 저자라고 말했다. "양자 프로그램을 이해하려면 얽힘을 이해해야 하기 때문에 Twist 가 언어 개발을 위한 길을 열어 프로그래머가 양자 컴퓨팅의 독특한 도전에 더 쉽게 대처할 수 있기를 바랍니다."

양자 얽힘을 풀다

나무 상자를 상상해 한쪽에서 천 개의 케이블을 내밀었다. 모든 케이블을 상자에서 잡아당기거나 완전히 밀어 넣을 수 있습니다.

이렇게 하면 케이블이 내부 또는 외부에 있는지에 따라 비트 모드 (0 및1) 를 형성합니다. 이 상자는 클래식 컴퓨터의 메모리를 나타냅니다. 컴퓨터 프로그램은 언제 어떻게 케이블을 당기는지에 대한 일련의 지침이다.

이제 두 번째 상자가 같은 모양을 가지고 있다고 상상해 보세요. 이번에, 네가 케이블 하나를 잡아당기고 그것이 나타나는 것을 보았을 때, 다른 몇 개의 케이블이 다시 안으로 당겨졌다. 분명히, 상자 안에서, 이 케이블들은 어찌 된 일인지 서로 얽혀 있다.

두 번째 상자는 양자 컴퓨터의 비유이다. 양자 프로그램의 의미를 이해하려면, 우리는 그 데이터의 얽힘을 이해해야 한다. 그러나 얽힘을 탐지하는 것은 쉽지 않다. 나무 상자를 볼 수 없습니다. 가장 많이 할 수 있는 일은 케이블을 잡아당기고 어떤 것이 감겨 있는지 자세히 추리하는 것입니다. 마찬가지로, 오늘날의 양자 프로그래머들도 수작업으로 추리하고 고민해야 한다. 트위스트의 디자인으로 엇갈린 부위를 마사지하는 데 도움이 됩니다.

과학자들이 설계한 Twist 는 유명한 양자 알고리즘에 대한 프로그램을 작성하고 구현 중인 오류를 식별할 수 있는 충분한 표현력을 갖추고 있습니다. Twist 의 설계를 평가하기 위해 프로그램을 수정하고 인간 프로그래머가 상대적으로 인식하지 못하는 오류를 도입하며 Twist 가 자동으로 오류를 식별하고 프로그램을 거부할 수 있음을 보여 주었습니다.

또한 기존 양자 프로그래밍 기술에 비해 4% 미만의 오버헤드로 런타임 시 프로그램의 실제 실행을 측정했습니다.

양자가 암호화 시스템을 해독하는 데 있어' 더러운' 명성을 우려하는 사람들에게는 양자 컴퓨터가 실제로 성능 약속을 어느 정도 이행할 수 있을지는 아직 분명하지 않다고 말했다. "후양자암호술은 대량의 연구를 진행하고 있는데, 그 존재는 양자계산도 만능이 아니기 때문이다. 지금까지 사람들은 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터를 능가할 수 있는 알고리즘과 기술을 개발한 매우 구체적인 응용 프로그램이 있었다. "

다음 중요한 단계는 Twist 를 사용하여 고급 양자 프로그래밍 언어를 만드는 것입니다. 오늘날 대부분의 양자 프로그래밍 언어는 여전히 어셈블리 언어와 유사하며, 저급 연산을 연결하고, 데이터 유형, 함수 등을 신경쓰지 않으며, 클래식 소프트웨어 엔지니어링의 전형적인 내용도 신경쓰지 않는다.

양자 컴퓨터는 오류가 발생하기 쉽고 프로그래밍하기 어렵다. Twist 는 프로그램 코드의' 순도' 를 도입하고 추론함으로써 순코드의 양자 비트가 코드에 존재하지 않는 비트에 의해 변경되지 않도록 양자 프로그래밍을 간소화하는 데 큰 걸음을 내디뎠습니다. 이 작업은 MIT -IBM 왓슨 인공지능 연구실, 국립과학재단, 해군연구사무실의 일부 지지를 받았다.

노트. 양자컴퓨터

양자 컴퓨터는 중첩 및 얽힘과 같은 양자 역학 현상을 직접 사용하여 데이터를 계산하는 계산 장치입니다. 양자 계산의 기본 원리는 양자 속성을 사용하여 데이터를 표현하고 조작할 수 있다는 것입니다.

양자 계산은 아직 초급 단계에 있지만, 양자 계산 작업은 매우 적은 수의 양자 비트 (양자 이진) 에서 수행되는 몇 가지 실험이 이미 진행되었다. (윌리엄 셰익스피어, 양자, 양자, 양자, 양자, 양자, 양자, 양자, 양자, 양자, 양자) 실천과 이론 연구는 계속되고 있으며, 많은 정부와 군사 지원 기관들은 암호 분석과 같은 민간 및 국가 안보 목적을 위한 양자 컴퓨터를 개발하기 위해 양자 컴퓨팅 연구를 지원하고 있습니다.

대규모 양자 컴퓨터를 만들 수 있다면 Shor 알고리즘과 같은 기존의 어떤 클래식 컴퓨터보다 몇 가지 문제를 더 빨리 해결할 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 DNA 컴퓨터 및 트랜지스터 기반 기존 컴퓨터와 다릅니다. 광학 컴퓨터와 같은 일부 컴퓨팅 아키텍처는 고전적인 전자파 오버레이를 사용할 수 있습니다. 얽히고설키는 것과 같은 특정한 양자역학 자원이 없다면, 추측은 고전 컴퓨터의 지수 우위를 뛰어넘을 수 없을 것이다. (존 F. 케네디, 컴퓨터명언)