IBM представила свой 433-кубитный квантовый компьютер Osprey. Компания IBM хочет увеличить масштаб своих квантовых компьютеров до более чем 4000 кубитов к 2025 году. 9 ноября компания IBM объявила о запуске своего квантового процессора Osprey, который имеет 433 кубита по сравнению со 127 кубитами процессора Eagle 2021 года. Это означает, что медленный, но неизбежный переход к квантовому процессору с реальными приложениями всё продолжается.
Новая дорожная карта 2022 анонсирована до 2026 года. В ней говорится, что уже в следующем году рубеж 1000 кубит будет преодолен.


IBM unveils its 433 qubit Osprey quantum computer. IBM wants to scale up its quantum computers to over 4,000 qubits by 2025. IBM announced the launch of its Osprey quantum processor, which features 433 qubits, up from the 127 qubits of its 2021 Eagle processor. And with that, the slow but steady march toward a quantum processor with real-world applications continues.
A new roadmap 2022 has been announced until 2026. It says that next year the milestone of 1000 qubits will be overcome.

Image Credits: IBM

https://research.ibm.com/blog/next-wave-quantum-centric-supercomputing

https://www.ibm.com/quantum/roadmap

А был ли взлом? Пристальный взгляд на громкий анонс о квантовом взломе алгоритма RSA

В конце 2022 года была опубликована работа [1], в которой заявлялось о достижении сублинейной оценки для алгоритма факторизации. Основываясь на классическом методе факторизации Шнорра [2] (не путать с квантовым алгоритмом Шора [3]), авторы использовали квантовое ускорение для приближенного получения результатов одного из его этапов – решения задачи поиска короткого вектора в решетке (SVP) небольшой размерности – что позволило им сделать сенсационное заявление о том, что для факторизации числа требуется меньше кубитов, чем его длина, а также квантовые схемы меньшей глубины, чем считалось ранее (см., например, [4]). Работоспособность метода была продемонстрирована на примере 48-битового числа RSA и 10-кубитного квантового компьютера. В итоге исследователи делают вывод, что для факторизации 2048-битового числа достаточно 372 физических кубитов.
Неудивительно, что некоторые СМИ уже “хоронят” современную асимметричную криптографию, а заодно и постквантовые криптосистемы, основанные на SVP – ведь компания IBM уже анонсировала готовность 433-кубитового квантового процессора Osprey [5].
Мы, однако, считаем этот вывод преждевременным ввиду следующих обстоятельств.
1) Метод Шнорра до сих пор не имеет корректной оценки сложности. Предполагается, что она является экспоненциальной, причем основная трудоемкость сосредоточена не в решении SVP, а в наборе достаточного количества таких задач (как в методе решета числового поля для факторизации требуется набор достаточного количества соотношений).
2) Отсюда следует, что метод по всей видимости Шнорра не масштабируется на числа RSA, реально использующиеся в современной криптографии.
3) Метод из [1] позволяет получить лишь приближенное решение SVP, которое относительно легко скорректировать для небольших чисел и решеток малой размерности, но практически невозможно для реально используемых параметров криптосистем.
4) Метод Шнорра не переносится на криптосистемы на эллиптических кривых (ГОСТ 34.10-2018).
5) Квантовая часть алгоритма основывается на подходе quantum approximate optimization algorithm (QAOA), который имеет сложности со сходимостью (как отмечают авторы: “However, the touch-size is an ideal basic situation, the QAOA usually works more than one layer and deeper circuit required. Besides, the quantum speedup is unknown, it is still a long way to break RSA quantumly”).
Хотя метод из [1], по всей видимости, не ведет к мгновенному взлому существующих криптоалгоритмов — появление новых классических и квантовых алгоритмов криптоанализа является важным аргументом на пути к внедрению постквантовой криптографии.

[1] https://arxiv.org/pdf/2212.12372.pdf
[2] https://eprint.iacr.org/2021/933
[3] https://arxiv.org/abs/quant-ph/9508027
[4] https://arxiv.org/abs/1905.09749
[5] https://newsroom.ibm.com/2022-11-09-IBM-Unveils-400-Qubit-Plus-Quantum-Processor-and-Next-Generation-IBM-Quantum-System-Two

Умер Юрий Манин

7 января скончался выдающийся математик Юрий Иванович Манин (16 февраля 1937 – 7 января 2023). Он был одним из основоположников некоммутативной алгебраической геометрии, теории квантовых вычислений и квантовой информатики. Именно в книге Юрия Манина «Вычислимое и невычислимое» возникла идея использования квантовых состояний для обработки информации — концепция квантовых вычислений.

Юрий Иванович – выпускник и профессор кафедры высшей алгебры (по 1992 год) механико-математического факультета МГУ, заслуженный профессор Математического института Макса Планка (Бонн), профессор Северо-западного университета (США), член-корреспондент РАН, член Королевской академии наук Нидерландов, Гёттингенской академии наук, академии «Леопольдина», Французской академии наук, Американской академии искусств и наук и Папской академии наук (Ватикан), почётный доктор Сорбонны, Университета Осло и Уорикского университета.

#Дайджест за 6-10 марта 2023 г.

#УИИ #кванты #исследование #квантовыйкомпьютер

📌УИИ совместно с РКЦ проверяет гипотезу квантового ускорения взлома достаточно длинных RSA-ключей с помощью современных квантовых компьютеров

В конце декабря 2022 года группа китайских исследователей продемонстрировала возможность взлома достаточно длинных RSA-ключей с помощью современных квантовых компьютеров и квантово-ускоренного варианта метода Шнорра (не путать с квантовым алгоритмом Шора) факторизации целых чисел, впервые предложенном в 2021 году (Schnorr C. P. Fast Factoring Integers by SVP Algorithms).

В работе китайских исследователей «Factoring integers with sublinear resources on a superconducting quantum processor» говорится о первом в истории взломе 48-битного ключа системой всего из 10 сверхпроводящих кубитов.

Согласно высказанным в статье предположениям, для взлома ключа RSA-2048 потребуется не более 372 кубитов, что уже скоро будет возможно для современных квантовых компьютеров — таких, как представила в ноябре 2022 года IBM.

Это может означать, что RSA, на котором построены сегодня почти все системы, передающие и хранящие конфиденциальную информацию, скоро уйдет в прошлое.
 
Именно на проверку этого предложенного способа взлома RSA-ключей и были направлены усилия на первом этапе работы Управления исследований и инноваций и Российского квантового центра.

Полностью подтвердить корректность предложенного китайскими учёными подхода к квантовому ускорению алгоритма факторизации Шнорра пока не удалось.

Это может быть следствием использования для нашего эксперимента квантового симулятора вместо физического квантового вычислителя, погрешностями в эксперименте и, возможно, какими-то «недосказанностями» в исследуемой статье о приведённых там путях взлома RSA.
 
На втором этапе наше исследование будет направлено на восстановление корректного описания алгоритма и определение возможности его масштабирования.

Журнал The New Yorker опубликовал интересную популярную статью Стивена Витта «Изменившая мир гонка за разработку квантового компьютера»: Такое устройство могло бы помочь решить проблему изменения климата и нехватки продовольствия или сломать Интернет. Доберутся ли США или Китай до этого первыми?

В статье красивым языком описано становление квантовых вычислений как области технологий, за которую в мире ведется гонка и борьба. Всем интересно какая платформа в итоге станет лидирующей и более перспективной. В состав персонажей входят такие ведущие ученые как Хартмут Невен, Питер Шор, Джон Клаузер, Марисса Джустина, Алексей Китаев и другие.
Прекрасно передана историческая перспектива развития квантовой гонки.

Автор очень поэтично описывает рождение квантовой механики, перебегая к литературным эпитетам:
«Представьте себе два камешка, брошенных в безмятежное озеро. Когда камни ударяются о поверхность, они создают концентрическую рябь, которая, сталкиваясь, создает сложные интерференционные узоры. В начале двадцатого века физики, изучающие поведение электронов, обнаружили аналогичные закономерности волнообразной интерференции в субатомном мире. Это открытие привело к моменту кризиса, поскольку при других условиях те же самые электроны вели себя скорее как отдельные точки пространства, называемые частицами. Вскоре, что многие считают самым причудливым научным результатом всех времен, физики поняли, что поведение электрона больше как частицы или волны зависит от того, наблюдает ли кто-то его или нет. Возникла область квантовой механики.»

Полную версию статьи Стивена Витта можно прочитать по ссылке:
https://www.newyorker.com/magazine/2022/12/19/the-world-changing-race-to-develop-the-quantum-computer?fbclid=IwAR2YYYw6FvGvRV1-2eZQt_c1JzBR4KKojJdAhsDe0C1GelY2oKR-a6oHmlg&mibextid=Zxz2cZ
______________

The New Yorker magazine published an interesting engaging popular article by Stephen Witt «The World-Changing Race to Develop the Quantum Computer»:
Such a device could help address climate change and food scarcity, or break the Internet. Will the U.S. or China get there first?

The article deals with issues related to the development of quantum computing in the field of technology. Everyone is wondering which platform will eventually turn into a more promising one. The colorful cast of characters includes Hartmut Neven, Peter Shor, John Clauser, Marissa Giustina, Alexei Kitaev and others.
The historical perspective of the development of the quantum race is perfectly conveyed.

The author very poetically describes the birth of quantum mechanics, using epithets:
«Imagine two pebbles thrown into a placid lake. As the stones hit the surface, they create concentric ripples, which collide to produce complicated patterns of interference. In the early twentieth century, physicists studying the behavior of electrons found similar patterns of wavelike interference in the subatomic world. This discovery led to a moment of crisis, since, under other conditions, those same electrons behaved more like individual points in space, called particles. Soon, in what many consider the most bizarre scientific result of all time, the physicists realized that whether an electron behaved more like a particle or more like a wave depended on whether or not someone was observing it. The field of quantum mechanics was born.»

You can read the full article by Steven Witt here:
https://www.newyorker.com/magazine/2022/12/19/the-world-changing-race-to-develop-the-quantum-computer?fbclid=IwAR2YYYw6FvGvRV1-2eZQt_c1JzBR4KKojJdAhsDe0C1GelY2oKR-a6oHmlg&mibextid=Zxz2cZ

Image credit: The New Yorker.