科学家们刚刚破解了量子霸权背后的密码
专家表示，量子计算是计算机的未来。 与传统计算机不同，量子计算机利用量子物理学的特性，例如叠加和干涉，理论上性能比当前设备高出指数级。 当量子计算机能够解决当前技术无法解决的问题时，这被称为量子优势。 然而，并非所有计算都能保证这种优势，这引发了有关存在这种优势的条件。 虽然先前的研究提出了量子优势的各种充分条件，但这些条件的必要性仍不清楚。 在这种不确定性的推动下，京都大学的一个研究小组努力使用一种结合量子计算和密码学技术的方法来了解量子优势的必要和充分条件，密码学是安全编码信息的科学。 具体来说，该团队专注于称为低效验证者量子性证明的交互式协议，它允许没有量子计算机的验证者与量子证明者进行交互，并验证它确实拥有量子计算能力。 在他们的研究中，该团队证明了这些证明的存在取决于某种称为单向谜题的加密原语的存在。 通过整合这些方法，该团队引入了一个新颖的框架，将看似不相关的量子优势和密码安全的概念。 因此，该团队首次能够完全表征量子优势。 “通过证明量子优势的存在与某些量子密码原语的安全性之间的等效性，我们能够确定量子优势的必要和充分条件，”通讯作者 Yuki Shirakawa 说。 结果表明，当量子优势不存在，那么几乎所有加密原语的安全性——以前被认为是安全的——都会被破坏。 重要的是，这些原语不仅限于量子密码学，还包括广泛使用的传统密码学原语以及快速发展的后量子原语。 量子计算和密码学之间建立的等效性也为未来量子优势的实验证明提供了更强大的密码学基础，以及该领域正在进行的理论研究。 “量子优势是一个备受期待且正在积极研究的概念，但它仍未被完全理解。 我们的研究代表着朝着更深入地了解这一特性迈出了重要一步，“Shirakawa 说。 该团队预计，未来的研究将把表征扩展到其他类型的量子优势，并导致更通用的理论框架。