哈利布尔曼在量子算法和加密

||对话

哈利布尔曼肖像哈利Buhrman是研究组的负责人'亚博体育官网算法和复杂性'在这件事Centrum Wiskunde & Informatica他于1994年加入该公司。自2000年起,他还兼任计算机科学正教授阿姆斯特丹大学.Buhrman的研究亚博体育官网重点是量子计算、算法、复杂性理论和计算生物学。2003年,他获得了一个声望Vici奖并是几个国家和国际项目的协调员。

Buhrman是若干国际期刊的编辑,是各种咨询和科学委员会的成员,例如量子计算研究所(Waterloo,加拿大)的咨询委员会。

路加福音Muehlhauser:在理论上,定位量子密码学可以确保某些任务只能在某些地点执行:

例如,一个国家发送的信息只有在该国驻另一个国家的大使馆所在地才能被破译。

Buhrman等人(2011)你和你的合著者证明了这一点

如果允许合作对手预先共享任意大的纠缠量子状态,那么...基于位置的加密......在量子设置中是不可能的......

在积极的方面,我们证明,对于被限制不共享任何纠缠量子态的对手,安全的位置验证是可以实现的。这些结果共同提出了一个有趣的问题,即在有界纠缠量的有界情况下,安全的位置验证是否可能。

我们的知识目前是关于是否可以获得有界纠缠的安全定位验证?


哈利Buhrman:典型的这样的方案将永远是不安全的,如果一个人限制了对手的运行时间或其他资源。Quorally的情况更复杂,尽管我们和其他人表明,具有指数缠结的纠缠,但量子方案也可以破坏并且不安全。因此,任务是为了一个计划,可以通过诚实的缔约方容易地实现2)需要不合理地纠缠的对手来打破该计划。我们已经看到了沿着这些线的部分进步。例如A.Beigi和Koenig的研究表明,有一些方案需要线性纠缠量来打破它们。事实证明,这种方案是否存在,如果存在,证明某些方案是安全的,这是我们目前正在研究的一个非常困难的问题。事实证明,我们所采用的方法意味着,如果成功,就会产生经典复杂性理论,因此是非常困难的。另一方面,也可能根本不存在这种意义上安全的方案。


路加福音:基于您对量子计算和量子算法设计现状的了解,您对政府和公民有什么建议?

罗纳德•德•沃尔夫建议我们改用post-quantum密码学对于敏感数据,特别是因为“即使还没有QC,安全服务……可能正在收集他们暂时存储的rsa加密通信,等待QC允许他们稍后解密这些信息。”


哈利:是的,我完全同意罗纳德。尽快开关量子证明安全性(尽管我们不知道究竟是什么量子证明,请参阅下一段)。实际上,我们的所有电子加密通信,例如使用RSA样技术加密的电子邮件,电话对话等,不能被解密,但NSA和其他组织收集这些加密数据并等待一天当他们可以破译它们时。例如,当建立足够大的量子计算机时,可以很容易地解密这些数据。因此,如果我们希望将数据保证为合理的时间,我们应该切换到其他加密技术和标准。这适用于各国政府,银行,大公司而不是正常用户,但我觉得很多人都没有意识到这一点。常见的接近方式的方法如下:如果大家建造,这个量子计算机仍然是我们的15年,并且当那个时间来我们切换到更安全的加密。这个推理当然是不正确的。

那么我们应该用什么加密来代替呢?问题在于,这需要更多的研究。亚博体育官网然而,一些加密方案已经被提出出现是量子证明。我建议我们与那些与好老RSA结合的人。如此双加密。这样,加密安全性仍然是现在的那样,但很可能它也是量子证据。这种方法的一个警告是,由于RSA等技术方便地快速,加密和解密变得(很多)效率更低。这是一个人必须支付的价格安全到未来。所以一个人必须在加密时做出决定。例如,它只需要在明年获得安全,例如,在传输信用卡号码时,如果它只是安全的一两年,或者我们需要安全到未来的安全性在后一种情况下,我建议尽快切换。


路加福音:根据您对量子计算和量子算法设计现状的了解,您还可以向政府或公民提出其他建议吗?


哈利:加密含义是与社会有关的那些。大多数人没有意识到的是,科技相关领域存在许多问题,例如化学,生物学,物理学和医学设计,这是计算非常苛刻,并且往往不可能在最强大的超级计算机上进行。Quantum Computers在关注量子机械系统和性质的仿真时,帮助解决这些更有效地解决这些问题。亚博体育苹果app官方下载因此,亚博体育官网QC的研究可能会产生影响。


路加福音:从您的角度来看,阻碍或减缓量子计算研究在理论的那一半(而不是实验的那一半)取得更大进展的最重要因素是什么?亚博体育官网换句话说,该领域(或相关领域)哪些可行但困难的改变会最加速理论量子计算研究?亚博体育官网


哈利这是一个很难回答的问题。如果我知道要改变什么,我会马上去做。其中一个问题是,我们希望有更多的量子算法来展示量子计算的能力。该社区已经开发了几种技术,如量子傅里叶采样和量子随机游动。我们希望有更多这样的技术和想法。也许更重要的是,我们还需要分离出能够被量子加速处理的计算问题或任务。也就是说量子计算机优于经典计算机的地方。

可以改善的另一个区域是容错和纠错码的误区。已经取得了很大的进展,但我们仍然不知道算法设计可以容忍多少硬件错误的确切值。该值称为容错阈值。在实现Qubits和运行量子算法和协议时,重要的是要了解确切值。我们需要执行错误校正和容错计算,这些计算对抗由于缺陷和噪声而弹出的错误。但是,如果发生的错误太大,则无法计算。将开销尽可能小,这也很重要。

第三个问题是很少有量子位的应用。我们开始在实验室里看到一些量子计算机的演示,但没有好的问题可以用来演示小型量子计算机的用处,比如30-100量子位。


路加福音:在Buhrman等人(1997),你和你的合著者列出了计算复杂性理论中的6个开放问题。在这段时间里,有没有什么问题得到了解决,或者至少得到了相对化的结果?


哈利在那篇论文中,我们列出了6个假设,这些假设可能都是错误的。我们的目标是证明它们等价于P=NP。我们还列出了6个有待解决的问题,其中两个是第二年就解决了D. Sivakumar(榜单第二和第五名)。据我所知,对于这些问题并没有取得很大的进展,也没有证明所有的假设都等于P=NP。我认为这说明了P对NP问题有多困难。目前有一种新的方法来解决这个问题,不是这六个假设,而是P vs NP问题本身。这种方法被称为几何复杂性,涉及代数几何和表示理论。数学中的难题。

实际上量子信息和这些经典问题之间是有联系的。量子信息的语言允许人们用一种不同的语言来陈述这些问题,这使人们能够从不同的角度来解决问题。总的来说,这是相当成功的。例如这是罗纳德·德·沃尔夫及其合著者的研究成果它在其核心处使用量子通信,或我手上的纸通过JOP Breiet,Troy Lee和Thomas Vidick,通过解决量子信息中的问题解决了Banach空间理论的问题。还有一项调查显示关于其他类似的结果。

也许我们应该用量子技术重新审视这6个假设论文看看能否取得一点进展。虽然目前我还没有看到一个明确的攻击计划。


路加福音:谢谢,哈利!