Tutkijat realisoivat kvanttilaskennalla sertifioidun satunnaisuuden

Nature -lehdessä, JPMorgan Chasen, Quantinuumin, Argonne National Laboratoryn, Oak Ridge National Laboratoryn ja Austinin Texasin yliopiston tutkijoiden ryhmä kuvailee virstanpylvästä kvanttilaskennan alalla, jolla on mahdollisia sovelluksia kryptografiassa, oikeudenmukaisuudessa ja yksityisyydessä.

Käyttämällä 56 kubitin kvanttitietokonetta he ovat ensimmäistä kertaa kokeellisesti osoittaneet sertifioidun satunnaisuuden, tavan tuottaa satunnaislukuja kvanttitietokoneesta ja käyttää sitten klassista supertietokonetta todistamaan, että ne ovat todella satunnaisia ja juuri äskettäin luotuja. Tämä voisi tasoittaa tietä kohti kvanttitietokoneiden käyttöä käytännön tehtäviin, joita ei voida saavuttaa klassisilla menetelmillä.

Scott Aaronson, Austinin kvanttitietokeskuksen johtaja, keksi nyt osoitetun sertifioidun satunnaisuusprotokollan.

"Kun esitin ensimmäisen kerran sertifioitua satunnaisuusprotokollaani vuonna 2018, minulla ei ollut aavistustakaan, kuinka kauan minun pitäisi odottaa nähdäkseni sen kokeellisen esittelyn", Aaronson sanoi. "Alkuperäisen protokollan rakentaminen ja sen ymmärtäminen on ensimmäinen askel kohti kvanttitietokoneiden käyttöä sertifioitujen satunnaisten bittien luomiseen todellisia salaussovelluksia varten."

Kvanttitietokoneiden on osoitettu omaavan laskentatehoa paljon enemmän kuin mitä tehokkaimmat klassiset supertietokoneet tarjoavat. Tämän voiman muuntaminen käytännön tehtäväksi on kuitenkin jäänyt avoimeksi haasteeksi.

Tämä haaste on nyt ratkaistu hyödyntämällä satunnaispiirinäytteistystä (RCS) sertifioidun satunnaisuuden luomiseksi. Satunnaisuus on olennainen resurssi monille sovelluksille sellaisilla aloilla kuin salaus, oikeudenmukaisuus ja yksityisyys.

Klassiset tietokoneet eivät yksin pysty luomaan todella satunnaislukuja, joten ne yhdistetään tyypillisesti satunnaislukugeneraattorin laitteistoon. Mutta vastustaja voi ohjata satunnaislukugeneraattoria ja käyttää sitä antamaan tietokoneelle numeroita, jotka eivät ole täysin satunnaisia, jolloin vastustaja voi murtaa salauskoodeja. Tässä kuvatulla uudella menetelmällä, vaikka vastustaja olisi ohjannut kvanttitietokonetta, heidän olisi teoriassa mahdotonta manipuloida tulostetta ja olla silti satunnainen.

"Tämä sertifioidun satunnaisuuden kehitys ei ainoastaan osoita edistystä kvanttilaitteistossa, vaan se on elintärkeää jatkotutkimukselle, tilastolliselle näytteenotolle, numeerisille simuloinneille ja kryptografialle." sanoi Marco Pistoia, JPMorganChase:lta.

Aiheesta aiemmin:

Parempi kyberturvallisuus uudella materiaalilla

Kvanttitekniikkaa matkapuhelinten salaukseen

DNA:n satunnaisuutta ja järjestyksellisyyttä hyödyntäen