3 Minuty
Nowy Rozdział w Informatyce Kwantowej: Sukces w Certyfikowanej Losowości
Zespół czołowych badaczy z JPMorgan Chase, Quantinuum, Argonne National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory oraz Uniwersytetu Teksańskiego w Austin osiągnął przełom w dziedzinie informatyki kwantowej. Wyniki pracy, opublikowane w renomowanym czasopiśmie Nature, opisują skuteczne wygenerowanie i potwierdzenie autentycznie losowych liczb przy użyciu nowoczesnego 56-kubitowego komputera kwantowego. Otwiera to nową erę w kryptografii, ochronie prywatności cyfrowej oraz bezpieczeństwie danych na całym świecie.
Co Oznacza Certyfikowana Losowość?
Losowość jest fundamentem współczesnej technologii – pozwala na zabezpieczanie komunikacji, ochronę prywatności i zapewnia sprawiedliwość algorytmów sztucznej inteligencji oraz systemów finansowych. Klasyczne komputery od dawna mają trudności z generowaniem prawdziwie losowych liczb – polegają na sprzętowych generatorach losowych, które można zhakować i które nie gwarantują pełnej nieprzewidywalności. Tymczasem w tym nowatorskim eksperymencie badacze wdrożyli proces zwany „certyfikowaną losowością”, co pozwala nie tylko na uzyskanie nieprzewidywalnych liczb, lecz także na matematyczne udowodnienie ich świeżości i autentyczności.
Te zdobycze mogą na zawsze zmienić standardy bezpieczeństwa komunikacji i systemów kryptograficznych, budując nowy poziom zaufania do generowania i wymiany danych.
Mechanizm Osiągnięcia – Jak to Osiągnięto?
Nowa metoda opiera się na protokole zaproponowanym przez wybitnego profesora informatyki Scotta Aaronsona z UT Austin. Dzięki współpracy z badaczem Shih-Han Hungiem, teoretyczne rozwiązania zostały przeniesione do świata praktycznego eksperymentu.
Aby uzyskać certyfikowaną losowość, naukowcy wykorzystali zaawansowany komputer System Model H2-1 firmy Quantinuum, obsługiwany zdalnie. Kluczową rolę odegrała technika znana jako random circuit sampling (RCS) – zadanie obliczeniowe tak złożone, że nawet najpotężniejsze dzisiejsze superkomputery klasyczne nie są w stanie go powtórzyć. Poszczególne etapy eksperymentu wyglądały następująco:
Krok 1: Kwantowe Wyzwanie
Badacze wygenerowali serie obwodów kwantowych na bazie niewielkiego ziarna losowości, a następnie przesłali je do 56-kubitowego komputera kwantowego. Każdy z tych obwodów wymagał losowego wyboru wyniku spośród wielu możliwych rozwiązań.
Krok 2: Klasyczna Weryfikacja
Korzystając z mocy obliczeniowej aż 1,1 ExaFLOPS (1,1 × 10¹⁸ operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę), dostarczonej przez liczne superkomputery, badacze skrupulatnie sprawdzili losowość – potwierdzając, że wygenerowanych 71 313 bitów losowych nie dałoby się zasymulować klasycznymi metodami w realnych warunkach.
Porównanie Systemów i Rozwój Produktu
System H2 firmy Quantinuum został rozbudowany do 56 kubitów w czerwcu 2024 roku, zyskując wyższą precyzję i połączenia względem wcześniejszych modeli. Każdy kubit H2 może teraz łączyć się bezpośrednio z innym, co znacząco zwiększa efektywność wykonywania prób losowości – to uczyniło wdrożenie protokołu Aaronsona możliwym i ultrawydajnym, stanowiąc duży krok naprzód względem poprzednich technologii kwantowych.
Kluczowe Korzyści i Praktyczne Zastosowania
- Bezprecedensowe Bezpieczeństwo: Certyfikowana losowość podnosi poziom ochrony w kryptografii i eliminuje zagrożenia związane z pseudo-losowymi generatorami.
- Skalowalna Prywatność: Gwarantowana losowość umożliwia niezależną weryfikację oraz zwiększa przejrzystość i równość w transakcjach cyfrowych i AI.
- Odporność na Manipulacje: W przeciwieństwie do klasycznych systemów nawet próby wpływania na urządzenie kwantowe nie pozwolą odtworzyć losowości potrzebnej do zdobycia certyfikatu.
Jak podkreśla Marco Pistoia, szef działu Applied Research w JPMorgan Chase: „To osiągnięcie pokazuje, że komputery kwantowe rozwiązują praktyczne problemy, przewyższając możliwości współczesnych superkomputerów klasycznych.”
Znaczenie Dla Rynku Informatyki Kwantowej
Wraz z udowodnionymi korzyściami w warunkach rzeczywistych, to osiągnięcie wskazuje na przełom na drodze komercjalizacji technologii kwantowych. Dr Rajeeb Hazra, prezes i dyrektor generalny Quantinuum, dodaje: „Świętujemy moment przełomowy, w którym informatyka kwantowa staje się narzędziem praktycznych rozwiązań.”
Przedsięwzięcie wsparły również wysoce zaawansowane zasoby obliczeniowe Departamentu Energii USA – Oak Ridge, Argonne i Lawrence Berkeley National Laboratories – podkreślając rolę instytucji państwowych w utrzymywaniu przewagi technologicznej Stanów Zjednoczonych.
Przełomowe Znaczenie dla Przyszłości
Choć teoretyczna przewaga systemów kwantowych jest znana od lat, ten eksperyment pokazuje fundamentalny postęp: generowanie certyfikowanej losowości przez komputery kwantowe daje wymierne korzyści w kryptografii, bezpieczeństwie danych i innych obszarach. Wyniki podkreślają rosnące przekonanie w branży technologicznej: stoimy u progu epoki, gdzie komputery kwantowe rozwiążą zadania dotychczas niedostępne dla techniki klasycznej.
Źródło: neowin
Komentarze