5计算机进展、对信息安全的挑战与对策

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1、学术.技术国外量子计算机进展、对信息安全的挑战与对策管海明（中国电子设备系统工程公司通信研究所，北京100141）摘要：对加拿大D-Wave公司的量子计算机进展和相关情况进行了分析，并针对量子计算机对于信息安全的挑战，讨论了抗量子计算的公钥密码领域的竞争态势和发展思路。关键词：量子计算机；公钥密码体制；Shor量子算法；数字签名1引言二十一世纪是信息的时代。量子信息科学的研究和发展导致了量子计算机、量子通信和量子密码的出现。量子计算机可以理解为信息对抗领域的原子弹，其最直接的应用领域之一就是密码破译。一旦量子计算机成为现实，目前使用的公钥密码将被攻破。过去,我们显然

2、没有估计到量子计算机会来得这么快。然而，量子计算机却实实在在地来了。虽然它现在尚不能实用，但是量子计算机的实用化只是时间问题了。如果我图1硅芯片上16个量子位的光学照片们对此没有任何预案，到时候我国的网络信任体系将会遭2007年11月，D-Wave宣布研制成功28qubit量到致命打击。为此，我们要站在国家安全的战略高度，迎子计算机系统。按照D-Wave发布的路线图，到2008年接量子计算机的挑战，抓紧研究现有公钥密码的替代技术，底，将达到1024qubit（或512qubit）。确保量子计算条件下的信息安全。2008年5月，D-Wave宣布研制成功48qubit量

3、子计算机系统，公布了量子处理器、设备内部和设备外2国外商用量子计算机研究进展形的照片，以及下一个目标——采用片内SFQ（Single-2007年2月，加拿大D-Wave公司成功研制出世Flux-Quantum，单量子流）控制的128qubit量子处理界上第一台16位商用量子计算机“Orion”，其量子计算器的CAD图，这是Rainier系列量子处理器的第一个版芯片由铝和铌元素组成的超导材料制成，被液氦冷冻在本，计划在2008年11月完成。-273.145℃温度下，只比绝对零度高0.005℃。该量子处Rainier系列采用一种叫做“贴瓷砖”的可扩展方式，理器在基础构造

4、和生产工艺上借鉴了现有半导体产业的能成倍数地增加量子位数。如图2所示，设每个部件（瓷成果，包含16个量子位(qubit)（见图1），每个量子位砖）的输入为8qubit，其带有16个交互耦合细胞和8个可以同时表示为0和1。目前，D-Wave的量子计算机方内部耦合细胞（其中4个向右，4个向底），然后用4个8案是一种混合型平台，使用普通的硅处理器和平台，而qubit的瓷砖组合成1个32qubit的运算部件。运用规定将量子处理器作为运算加速器或协处理器。整套系统由的方法，可以把小瓷砖组装成大瓷砖，把大瓷砖组装成更D-Wave设计，而量子处理器芯片由美国宇航局喷气推大的瓷砖，

5、例如：进实验室下的微型设备实验室制造。(1)用16个8qubit瓷砖实现128qubit量子计算部件；该量子计算机的主要技术进步点：以前的量子计算机(2)用2个128qubit的瓷砖实现256qubit的量子计存在着不容易增加量子位数的问题，而在“绝热量子计算部件；算”方式下，量子位数没有限制。D-Wave宣布今后将(3)用2×2个128qubit的瓷砖实现512qubit的量以一定的时间间隔使量子位数翻番，让计算能力则呈指数子计算部件；级增长，实现类似于半导体集成度每隔一段时间翻一番的(4)用4×4个128qubit的瓷砖实现2048qubit的量摩尔定律。子计算

6、部件。…2009.4计算机安学术.技术3美国政府量子计算研究计划美国政府已在量子计算领域投入巨资并走在世界前[1]列。首先是美国军方的高度重视。美国国防高级研究计划局（DARPA）制定了一个“量子信息科学和技术发展规划”，2002年12月发表1.0版，2004年4月发表2.0版，其目标是：在2012年前开发出各种复杂的量子技术，从核磁共振量子计算、离子陷阱量子计算、中性原子量子计算、谐振量子电子动态计算、光量子计算、图2Rainier采用的“贴瓷砖”可扩展方式示意图固态量子计算、超导量子计算和“独特”量子位（如液上述“贴瓷砖”方法的理论依据，来自麻省理工学态氦上的

7、电子等）量子计算等八个不同的技术方向上同院的科学家William、Kaminsky和Lloyd在2000年提时开展研究。美国政府的其他部门也部署了相关计划：出的《运用绝热量子计算建立求NP难问题的可扩展构国家安全局（NSA）的ARDA5(AdvancedResearch架》（ScalableArchitectureforAdiabaticQuantumandDevelopmentActivity)计划；美国科学基金会ComputingofNP-hardProblems）。D-Wave的工作（NSF）的QuBIC(QuantumandBiologicallyIns