Zinātniekiem pirmo reizi izdevās ģenerēt īstus nejaušus skaitļus, izmantojot 56 kubitu kvantu datoru.
Pētījumā, kas publicēts žurnālā Nature, zinātnieki no JPMorganChase, Quantinuum, Argonas nacionālās laboratorijas, Okridžas nacionālās laboratorijas un Teksasas Universitātes Ostinā, izmantojot 56 kubitu kvantu datoru, pirmo reizi demonstrēja sertificētu nejaušību. Tas nozīmē kvantu datora radīto nejaušību un klasiskā superdatora izmantošanu, lai pārbaudītu šo skaitļu patieso nejaušību un to radīšanas procesa atkārtošanu.
Tas ir ļoti nozīmīgs solis kvantu datoru izmantošanā praktisku uzdevumu risināšanā, ko līdz šim nebija iespējams realizēt ar klasiskām sistēmām. Sertificētas nejaušības protokolu pirmo reizi ierosināja datorszinātņu profesors Teksasas Universitātē Ostinā un Kvantu Informācijas centra direktors Skots Āronsons. Viņš kopā ar bijušo zinātnisko līdzstrādnieku Ši-Hiņu Hungu izstrādāja teorētisko pamatu un analītisko atbalstu eksperimentālās demonstrācijas veikšanai.
«Kad es pirmo reizi ierosināju savu sertificētu nejaušības protokolu 2018. gadā, nedomāju, ka būs jāgaida tik daudz laika, lai redzētu tā eksperimentālo demonstrāciju. Oriģinālā protokola attīstība un tā izpratne ir pirmais solis kvantu datoru izmantošanā, radot sertificētus nejaušus bitus reālām kriptogrāfijas lietojumprogrammām», — norāda Skots Āronsons.
Pērn izstrādātāji no Quantinuum un JPMorganChase, kā arī komanda no Google paziņoja par uzdevumu izpildi savos kvantu datoros, kas nebija iespējama, izmantojot superdatorus. Šis sasniegums kļuva zināms kā kvantu priekšrocība. Taču šīs jaudas pārveidošana praktisku uzdevumu risināšanā palika neatrisināts izaicinājums.
Risinājums tika panākts, izmantojot nejaušu ciklisku paraugu ņemšanu, lai ģenerētu sertificētu nejaušību. Tas ir ļoti svarīgi daudziem kriptogrāfijas un datu aizsardzības pielietojumiem.
Klasiskie datori nespēj paši ģenerēt īstus nejaušus skaitļus. Tādēļ parasti tos pieslēdz pie aparatūras nejaušo skaitļu ģeneratora. Taču ļaunprātīgi lietotāji var iegūt piekļuvi šim ģeneratoram un izmantot to, lai nodotu datoram neīstus nejaušus skaitļus. Tas tiek izmantots, piemēram, kriptogrāfijas kodu uzlaušanā. Sertificētais nejaušības protokols neļauj krāpniekiem to izdarīt, pat ja viņiem izdodas piekļūt kvantu datoram.
Izstrādātāju komanda attālināti piekļuva 56-kubitu kvantu datoram Quantinuum System Model H2 ar ieslodzītām joniem un ģenerēja sertificētus nejaušus bitus. It īpaši viņi veica RCS balstītu sertificētas nejaušības paplašināšanas protokolu, kas izgūst vairāk nejaušu skaitļu nekā dod ievadē.
Protokolam ir divi posmi. Vispirms pētnieki vairākkārt noslogoja kvantu datoru ar sarežģītiem uzdevumiem, pieprasot ātru to atrisināšanu, kas nav iespējama pat spēcīgākajam superdatoram pasaulē. Kvantu dators spēja atrisināt šos uzdevumus, izvēloties tikai vienu no daudziem iespējamiem risinājumiem nejauši.
Otrā posma laikā tika veikta matemātiska nejaušības sertifikācija, izmantojot klasiskos superdatorus. Praktiski bija pierādīts, ka šo nejaušību nevar atdarināt ar klasiskajiem superdatoriem. Izmantojot klasisko sertifikāciju uz vairākiem moderniem superdatoriem ar kopēju veiktspēju 1,1×10 18 peldošā komata operācijām sekundē (1,1 ExaFLOPS) komandai izdevās sertificēt 71 313 bita entropijas.
«Šis darbs nozīmē svarīgu pavērsienu kvantu skaitļošanā, demonstrējot reālas problēmas risinājumu, izmantojot kvantu datoru, kas pārsniedz klasisko superdatoru iespējas. Šī sertificētās nejaušības attīstība ne tikai demonstrē sasniegumus kvantu aprīkojumā, bet arī būs būtiska turpmākiem pētījumiem, statistikas paraugu ņemšanai, skaitliskajai modelēšanai un kriptogrāfijai», — uzsvēra JPMorganChase Globālo tehnoloģisko pētījumu un inženierijas nodaļas vadītājs Marko Pistoija.
2024. gada jūnijā Quantinuum modernizēja savu kvantu datoru System Model H2 līdz 56 kubitiem, izmantojot ieslodzītās jonas. H2 uzlaboja esošo nozares tehnisko līmeni 100 reizes, pateicoties augstajai precizitātei un kubītu kopējai savienojamībai, kas pierādīja, ka rezultātu nevarēja iegūt ar nevienu esošo klasisko datoru.
Pētījuma rezultāti publicēti žurnālā Nature
Avots: SciTechDaily
Komentāri (0)
Šobrīd nav neviena komentāra