Die Quanten-computing-Ära steht vor der Tür... schnell

Erreichen Prozessoren, mit denen die Fremdheit der Quantenmechanik angeblich viel Problemlösungs-schneller als standard-Computern – aber was werden die Auswirkungen auf die Sicherheit?

"Die Welt ist nicht nur sonderbarer, als wir annehmen," sagte JBS Haldane. "Es ist sonderbarer, als wir annehmen können ." Haldane war Biologe und so etwas wie ein Universalgelehrter (Peter Medawar, selbst ein Nobelpreisträger, beschrieb ihn als "der klügste Mann, den ich je kannte"), und wann immer ich etwas über Quantenmechanik gelesen, es ist Haldanes Aphorismus in den Sinn kommt.

Die Quantenmechanik ist der Zweig der Physik, das studiert, was vor sich geht im Inneren der Atome. Es ist nicht für schwache Nerven, nicht zuletzt weil es Sie, dass alles, was Sie wissen über die physischen lehrt, taktile Welt falsch ist. "Unsere Phantasie wird bis zum äußersten gestreckt" der große Physiker Richard Feynman schrieb, "nicht, in der Fiktion, sich Dinge vorstellen, die sind nicht wirklich da, aber nur um diese Dinge zu begreifen, sind es." Und auf der Quantenebene, die Dinge so offenbar sind es gibt ernsthaft komisch. Zum Beispiel: subatomare Teilchen kann an zwei Orten gleichzeitig sein – ein Phänomen bekannt als "Überlagerung" – und ein paar von ihnen kann in einer Weise, dass sie sofort, deren Eigenschaften, egal wie groß die räumliche Distanz zwischen ihnen koordinieren können "verschränkt" werden. Und das merkwürdigste von allen ist, dass da subatomaren Teilchen die Bausteine der Materie sind, Quantenphysik letztlich die Physik von allemist.

So leben wir in einem Universum, die praktisch keiner von uns jemals verstehen wird. Physiker, weigern sich jedoch, werden dadurch eingeschüchtert und seit Casting über Möglichkeiten der Umsetzung dieser Quanteneigenschaften zum praktischen Einsatz. Dabei stiegen ihre Blicke auf diesem Grundbaustein der Digitaltechnik, die bescheidenen Binary Digit (oder "Bit") in denen alle digitalen Informationen codiert ist. In der Newtonschen (dh nicht-Quantum) Welt kann ein bisschen nur einen von zwei Werten – eine oder keine nehmen. Aber auf der Quantenebene Überlagerung bedeutet, dass ein Quantenbit – ein Qubit – mehrere Werte (eins, Null und eine Überlagerung von eins und null) zur gleichen Zeit haben könnte. Was bedeutet, dass ein Computer basierend auf Quantenprinzipien viel, viel schneller als bei einem herkömmlichen, Silizium-basierte wäre. Verschiedenen Outfits haben versucht, einen zu bauen.

Die Ergebnisse sind umstritten, aber faszinierend. Auf einem Test beispielsweise ein angeblich Quanten-basierten Computer das Reisen Verkäufer Problem gelöst (ein bekannter Test-Problem bei Berechnung) in weniger als einer halben Sekunde während ein herkömmlicher Computer mehr als 30 Minuten benötigt, um die gleichen Ergebnisse erreichen. Das heißt, schien die Quantum Machine 3.600 Mal schneller als die herkömmlichen Gegner.

Warum ist das wesentliche? Im Grunde weil genutzten Ressourcen (was ist ein Proxy für Geschwindigkeit) ankommt. Viele reale Herausforderungen (Echtzeit-Übersetzung und brechen starke Kryptographie, um nur zwei zu nennen) derzeit ungelöst einfach weil die notwendige Rechenleistung noch nicht verfügbar ist. Und obwohl Silizium-basierten Prozessor-Technologie noch Puste hat nicht, wir sind schnelle Annäherung an die maximale Dichte bei der Transistoren auf einem Chip geätzt werden können.

So werden wir bald eine Alternative benötigen, und Quanten-computing wird von einigen als das beste angesehen. Weshalb diese Woche Ankündigung von Google, dass eine Maschine von einer kanadischen Firma D-Wave Systems, die als "das weltweit erste kommerzielle Quantencomputer" vermarktet wird, spektakuläre Geschwindigkeit zeigten über herkömmliche Computer erhält. "Für eine bestimmte, sorgfältig ausgearbeitete Proof-of-Concept Problem" Googles Hartmut Neven berichtet, "konnten wir ein 100-Millionen-fache beschleunigen." Das Unternehmen ein detaillierte technische Papier mit dem spannenden Titel "Was ist der rechnerische Wert des endlichen Bereich Tunnelbau?" auf arxiv.org veröffentlicht, und es wird zweifellos durch Hunderte von technischen Skeptiker brütete in den nächsten Wochen.

Wenn die Geschwindigkeit steigt in dieser Größenordnung in der Tat erreichbar sind, dann sind wir in der Tat an der Schwelle einer neuen Ära in der Datenverarbeitung. Und, wie üblich, ist es nicht nur gute Nachrichten. Bisher wollten Sie Ihre Informationen vertraulich war beispielsweise dann das beste, was zu tun, es mit wirklich lange (1024 Bit) Schlüssel zu verschlüsseln. Der Sicherheitsabstand zu tun, die kam aus der Tatsache, dass es dauern würde, konventionelle Supercomputer Tausende von Jahren der Krypto zu knacken. Aber wenn Quantencomputer Dinge um einen Faktor von 100 m zu beschleunigen können, dann müssen wir noch einmal zu überdenken.

Das ist vielleicht, warum als Brian LaMacchia, Microsofts Direktor für Sicherheit und Kryptographie, vor kurzem gefragt wurde, was seine Wünsche waren für 2016 er antwortete: "Quanten-resistente Public-Key-Algorithmen". D-Wave Orderbuch ist zweifellos kommerzieller, aber ich wette, die NSA und GCHQ sind drauf.