6 мин. чтения
2/22/2024 9:30:01 AM

Квантовые отжиги и будущее основной факторизации

Article Preview Image Серые точки/линии: 5760-квобит топология Pegasus Advantage 4.x QAS (любезно предоставлено D-Wave).Фиолетовые точки/линии: подграф, используемый наиболее эффективным модульным кодированием для 21x12-битного множителя, упомянутого в исследовании.Оранжевые точки/линии: неисправные кубиты и муфты в HW машины Advantage 4.1, используемой в исследовании.Кредит: Jingwen Ding et al.

Исследователи из Университета Тренто, Италия, разработали новый подход к основной факторизации посредством квантового отжига, используя компактную модульную парадигму кодирования и обеспечивая факторизацию больших чисел с использованием квантовых устройств D-Wave.

Главная факторизация - это процедура разбивания числа на его основные компоненты.Каждое целое число больше, чем одно, может быть уникально выражено как продукт первичных чисел.

В криптографии первоклассная факторизация имеет особое значение из -за ее отношения к безопасности алгоритмов шифрования, таких как широко используемая криптосистема RSA.

Процесс основной факторизации становится сложным из -за характера основных чисел, и он становится еще более сложным, поскольку фактические цифры становятся больше, что приводит к огромному количеству возможностей, которые следует учитывать.

Непрактичность эффективного факторирования большого количества обеспечивает целостность зашифрованной связи.Надежность этих криптографических систем зависит от вычислительной сложности основной факторизации, что делает ее важнейшим компонентом в защите чувствительной информации в цифровую эпоху.

Если кто -то может эффективно факторировать продукт двух больших первичных чисел, он может потенциально нарушить безопасность криптографических систем.Понимание и развитие методов для основной факторизации способствуют обеспечению надежности криптографических протоколов и защиты конфиденциальной информации в цифровой коммуникации.

В новом исследовании, опубликованном в Scientific Reports, исследователи во главе с профессором Роберто Себастьяни из Университета Тренто, Италия, стремились заняться этим процессом с использованием квантовых залетов.Команда также состояла из Цзинвен Дин и Джузеппе Спаллитта, доктор философии.Студенты в университете Тренто.

«Как компьютерный ученый, который потратил целую карьеру, разработав классические процедуры для решения вычислительно жестких проблем логической и оптимизации, я был очень заинтригован, чтобы иметь дело с такими технологиями, как квантовая отжига, основанная на вычислительной парадигме далеко от всего, с чем я сталкивался раньше», «Профессор. Себастьяни рассказал Tech Xplore.

Квантовые компьютеры уникально подходят для проблем с основной факторизацией из -за их способности выполнять параллельные вычисления и использовать квантовые явления.В частности, квантовые залетели, как и из D-Wave, предназначены для решения проблем оптимизации путем поиска оптимальных решений среди огромного количества возможностей одновременно.

В контексте основной факторизации, где поиск основных факторов включает в себя быстрое изучение многочисленных комбинаций, присущий параллелизм квантовых вычислений дает потенциальное преимущество.

Квантовые залетели используют квантовые явления, такие как квантовая суперпозиция и квантовая туннелирование для одновременного изучения нескольких решений, что делает их хорошо подходящими для проблем с основной факторизацией.Это параллельное исследование возможностей может значительно повысить эффективность поиска основных факторов по сравнению с классическими алгоритмами.

Исследование имеет два раза.В первом аспекте своей работы исследователи достигли прорыва, разработав компактную модульную кодирование 21 × 12-битной бинарной схемы множителя непосредственно в единый модуль 8-кдбита в топологии Pegasus квантовых залетов D-Wave.

Подумайте о топологии Пегаса как о Интернете, соединяющей кубиты, определяя, как течет данные.

«Игра в этой работе, которая стала для нас позитивным сюрпризом, было успешным кодированием подколодного обциста контролируемого полного диапазона (CFA) в единый модуль 8-кубита топологии квантового лета Pegasus Quantum»,-объяснилПрофессор Себастьяни.

CFA-это квантовая подсветление, которая выполняет 1-битные операции добавления в конкретных условиях управления, которые команда кодировала в модуль топологии Andelemer с использованием теорий оптимизации модуля (OMT), технологии, объединяющей логические рассуждения и оптимизацию.

В отличие от прошлых подходов, которые упускали из виду макет системы, команда использовала Optimathsat, инструмент теорий модуля оптимизации, чтобы создать кодирование хорошо осведомленной о топологии.Это продемонстрировало эффективность их подхода и ознаменовало значительный прогресс в методах кодирования для квантовых залетов.

Модульность их подхода кодирования связана с изменением игры.Они продемонстрировали способность кодирования в Andealer в продукт двух основных чисел до 8 587 833,345.Это знаменует собой самую большую проблему факторизации, когда -либо закодированную в квантового отдела, используя их новый метод.

«Мы заметили два ключевых факта. Мы можем разложить схему мультипликатора N × M-бита в матрицу взаимосвязанных подключений CFA, и мы можем выровнять ее с решеткой Pegasus из модулей 8-кджита»,-объяснил профессор Себастиани.

Это позволило исследователям создать структуру, которая может легко масштабироваться с ростом чисел кубита в будущих чипах квантового залега.

На втором этапе их исследования команда провела обширную экспериментальную оценку на D-Wave Advantage 4.1 Quantum Andealer.Цель состояла в том, чтобы исследовать фактическое решение кодируемых проблем PF и оценить возможности квантового залега на практике.

«В целом, из-за неисправных кубитов и ограниченных ресурсов Qupu-Time, 8 219 999 = 32 749 × 251 был самым высоким продуктом, который мы смогли факторизировать. Насколько нам известно, это самое большое количество, когда-либо факторное, используя квантовое устройство без полаНа процедурах внешнего поиска или предварительной обработки, работающие на классических компьютерах », - объяснил профессор Себастьяни.

Достижение имеет значительные последствия для квантовых вычислений и его приложений.Исследователи продемонстрировали прогресс в решении сложных вычислительных задач, доказывая, что существенные достижения возможны даже с ограничениями текущего аппаратного обеспечения квантового мультикера.

Одна из проблем в этой работе состоит в том, что с каждой проблемой основной факторизации, имеющей не более двух решений (например, 35 = 7 × 5 или 35 = 5 × 7), квантовому врачу необходимо искать эти глобальные минимумы в экспоненциально обширном решениикосмос.

Профессор Себастьяни уточнил: «Это похоже на поиск иглы в стоге сена. К счастью, многие методы отжига и трюки доступны, чтобы справиться с этими проблемами, но потребовалось много практики, чтобы получить удовлетворительные результаты».

Профессор Себастьяни подчеркнул потенциал для расширения использования этих устройств за пределы основной факторизации, представляя приложения при кодировании и проверке удовлетворенности различных цепей.

«Мы считаем, что квантовые залетели могут использоваться для кодирования и проверки удовлетворенности многих других интересующих цепей. Таким образом, устранение пропозициональной удовлетворенности логических цепей (SAT) - гораздо более общей проблемы, чем основная факторизация, и позволяет представлять различные реальные-Сободшие проблемы », общий профессор Себастьяни.

Заглядывая в будущее, исследователи подчеркнули важность разработки гибридных квантово-классических процедур, где классические процедуры можно вызвать для решения небольших, но вычислительно очень жестких комбинаторных подпроектов.

Тем не менее, важно отметить, что, несмотря на замечательные достижения, представленные в их статье, исследователи осторожны с ограничениями.Они подчеркивают, что они все еще далеки от решения проблем с основной факторизацией, достаточно значительными, чтобы поставить под угрозу безопасность текущих криптографических систем.

Больше информации: Jingwen Ding et al. Эффективная основная факторизация посредством квантового отжига с помощью модульного локально структурированного встраивания, научных отчетов (2024).Doi: 10.1038/s41598-024-53708-7

Получи бесплатную еженедельную рассылку со ссылками на репозитории и лонгриды самых интересных историй о стартапах 🚀, AI технологиях 👩‍💻 и программировании 💻!
Присоединяйся к тысячам читателей для получения одного еженедельного письма

Подписывайся на нас:

Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.

Добавляй ЛРНЧ в свою ленту Google Новостей.
Читайте далее 📖

По мере развития квантовых компьютеров методы шифрования не должны отставать

4/30/2024 · 6 мин. чтения

По мере развития квантовых компьютеров методы шифрования не должны отставать

Компьютерные ученые раскрывают новые атаки на кибербезопасность

4/28/2024 · 6 мин. чтения

Компьютерные ученые раскрывают новые атаки на кибербезопасность