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NSAは、「ほとんどの暗号化タイプを解読する」ための量子コンピューターの構築を目指しています

公開済み

10年前

2014 年 1 月 3 日

電磁漏洩から保護された部屋サイズの金属製ボックスで、国家安全保障局は世界中の銀行、医療、ビジネス、政府の記録を保護するために使用されるほぼすべての種類の暗号化を破ることができるコンピューターを構築するために競争しています。元NSA請負業者のEdwardSnowdenが提供した文書によると、「暗号的に有用な量子コンピューター」（従来のコンピューターよりも指数関数的に高速なマシン）を構築する取り組みは、「PenetratingHardTargets」というタイトルの79.7万ドルの研究プログラムの一部です。仕事の多くは、で分類された契約の下でホストされています 実験室 カレッジパーク、メリーランド州

「量子力学を理解していると思うなら、量子力学を理解していない」と、量子コンピューティングのパイオニアとして広く認められている故ノーベル賞受賞者のリチャード・ファインマンは述べた。科学ビデオブログVertiasiumは、それを理解する手助けをしようとしています。

Penetrating Hard Targetsプロジェクトの注釈付きの説明を読む

量子コンピューターの開発は、医学やNSAの暗号解読ミッションなどの分野に革命的な意味を持ち、科学界の多くの人々の長い目標でした。このような技術では、多くの安全なWebサイトで使用されているものや、状態の秘密を保護するために使用されるタイプを含む、現在のすべての形式の公開キー暗号化が破られます。

物理学者とコンピューター科学者は、NSAの取り組みが最高の民間研究所の取り組みよりも進んでいるかどうかについて長い間推測してきました。機関の研究の完全な範囲は不明のままですが、Snowdenによって提供された文書は、NSAが科学界の他のものよりも成功に近づいていないことを示唆しています。

マサチューセッツ工科大学の電気工学およびコンピューターサイエンスの准教授であるスコットアーロンソンは、次のように述べています。「NSAが、誰も知らないうちにオープンワールドよりはるかに進んでいる可能性はほとんどありません。

NSAは、欧州連合とスイス政府が後援する量子コンピューティングラボと首をつなげていると考えており、着実に進歩しているが、すぐに突破する見込みはほとんどない。

「地理的範囲は、グローバルな取り組みから、欧州連合とスイスへの個別の焦点に狭まりました」と、あるNSA文書は述べています。

MITの量子力学工学教授であるセスロイド氏は、NSAの焦点は見当違いではないと述べた。「EUとスイスは過去XNUMX年間で大きな進歩を遂げ、量子コンピューティング技術で米国に追いついてきました」と彼は言いました。

NSAはこの記事に対するコメントを拒否しました。

しかし、文書は、機関が電磁エネルギーの出入りを防ぐように設計されたファラデーケージとして知られる大きなシールドルームで研究の一部を実施していることを示しています。簡単な説明によると、これらは「繊細な量子計算実験を実行し続けるために」必要です。

量子コンピューティングの基礎となる基本原理は、「量子重ね合わせ」として知られています。これは、オブジェクトがすべての状態に同時に存在するという考え方です。古典的なコンピューターは、ゼロまたはXNUMXのいずれかのバイナリビットを使用します。量子コンピューターは、同時にゼロとXNUMXである量子ビットまたは量子ビットを使用します。

このように見えないことは、量子理論の中心にある謎の一部であり、理論物理学者でさえ完全に理解している人はいないと言っています。

「量子力学を理解していると思うなら、量子力学を理解していない」と故ノーベル賞受賞者は言った リチャード·ファインマン、量子コンピューティングの先駆者として広く知られています。

理論的には、これがどのように機能するかです：古典的なコンピューターは、どんなに高速であっても、一度にXNUMXつの計算を行う必要がありますが、量子コンピューターは、問題を解決するために不要な計算を行う必要がない場合があります。これにより、より迅速かつ効率的に正解を見つけることができます。

量子コンピューティングは、そのようなコンピューターの脆弱な性質のために達成するのが困難です。理論的には、このようなコンピューターの構成要素には、個々の原子、光子、または電子が含まれる場合があります。コンピュータの量子的性質を維持するには、これらの粒子を外部環境から注意深く分離する必要があります。

「量子コンピューターは非常にデリケートなので、環境から保護しなければ計算は役に立たないでしょう」と、電気工学の教授であり、量子情報科学技術センターのディレクターであるダニエル・ライダーは述べています。南カリフォルニア大学。

実用的な量子コンピューターは、RSAとして知られる、作成者のイニシャルにちなんで名付けられた標準を含む、今日使用されている最強の暗号化ツールを簡単に破る扉を開くでしょう。 RSAは通信をスクランブルし、共有パスワードの使用を必要とせずに、意図した受信者以外の人には読めないようにします。通常、金融取引を保護するためにWebブラウザで使用され、暗号化された電子メールで使用されます。 XNUMXつの大きな素数の積を因数分解するのが難しいため、RSAが使用されます。暗号化を解除するには、これらのXNUMXつの数字を見つける必要があります。これは、古典的なコンピューターでは妥当な時間内に行うことはできません。

2009年に、古典的な方法を使用したコンピューター科学者は、 素数を発見する 768ビットの数値内ですが、それを分解するのにほぼ1,000年と数百台のコンピューターが必要でした。科学者は、オンライントランザクションで一般的に使用される1,024ビット暗号化キーを解読するのにXNUMX倍の時間がかかると推定しました。

ただし、大規模な量子コンピューターは、理論的には1,024ビットの暗号化をはるかに高速に破ることができます。大手インターネット企業の中には2,048ビットキーに移行しているものもありますが、それでも量子コンピューターによる迅速な解読に対して脆弱であると考えられています。

量子コンピューターは、人工知能の作成を含む、今日の科学コミュニティのための多くのアプリケーションを持っています。しかし、NSAは国家安全保障への影響を恐れています。

「量子アルゴリズムの暗号化アルゴリズムへの適用は、通信を保護し、外国政府の通信を傍受する米国政府の能力に劇的な影響を与える恐れがあります」とスノーデンが提供する内部文書による。

専門家は、量子コンピューターがどのくらい早く実現可能になるかを確信していません。 10年前、一部の専門家は、大型の量子コンピューターの開発は将来100〜10年である可能性が高いと述べました。 XNUMX年前、ロイドは、目標は少なくともXNUMX年先だと言いました。

昨年、マンチェスター大学の教授であるジェフ・フォーショーは、英国のガーディアン紙に次のように語っています。「最初の本格的な量子コンピューターがいつ完成するか推測するのは時期尚早ですが、最近の進歩は、あらゆる理由があることを示しています楽観的です。」

「NSAが少なくともXNUMX年以内に望んでいるような種類の量子コンピューターは、おそらくはるかに長いブレークスルーがない限り、そうなるとは思わない」とロイドは最近のインタビューでワシントンポストに語った。

ただし、一部の企業は、すでに小さな量子コンピューターを製造していると主張しています。カナダの企業、 D-Waveシステム、2009年から量子コンピューターを製造しているという。ニュースレポートによると、2012年にGoogle、NASA、Universities Space Research Associationに10万ドルのバージョンを販売しました。

ただし、その量子コンピューターは、RSAのような公開キー暗号化を破るのに役立ちません。

「彼らが主張していることすべてが正しいとしても、そのコンピューターはその設計上、実行できません ショアのアルゴリズムJohns Hopkins University Information Security Instituteの研究教授であるMatthew Greenは、RSAのような暗号化を破るために使用できるアルゴリズムについて言及しました。

専門家は、量子コンピューターで暗号化を破る最大のハードルのXNUMXつは、量子コンピューターの非常に脆弱な状態を考えると困難な十分な量子ビットを持つコンピューターを構築することだと考えています。 XNUMX月末までに、NSAはいくつかのビルディングブロックを使用できるようになると予想していました。これは、「XNUMXつの半導体キュービットの動的デカップリングと完全な量子制御」として文書に記載されています。

「それは大きな一歩ですが、大規模な量子コンピューターを構築するための道のりにはかなり小さな一歩です」とロイドは言いました。

暗号を破ることができる量子コンピューターは、それよりも数百または数千のキュービットを必要とします。

一般に「ブラックバジェット」と呼ばれるNational Intelligence Programの予算は、「Penetrating Hard Targets」プロジェクトの詳細を示しており、このステップにより「関連および後続の取り組みにおける大規模システムへの初期スケーリングが可能になる」と述べています。

「Owning the Net」と呼ばれる別のプロジェクトは、量子研究を使用して、RSAなどの暗号化に対する量子ベースの攻撃の作成をサポートしている、と文書が示しています。

「量子コンピューティングの皮肉は、誰かが暗号化を数十年先に破ることができる量子コンピュータを構築している人を想像できるなら、今すぐ心配する必要があるということです」とLidarは言いました。

著作権： ワシントン・ポスト

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