这是量子优势吗？Quantinuum推出基于量子的加密密钥服务

北京时间12月9日消息（余予）由霍尼韦尔量子计算部门和英国剑桥量子公司合并而成的新公司Quantinuum近日推出Quantum Origin，提供基于量子计算机生成的随机数的“完全不可预测的加密密钥”的服务。Quantinuum将Quantum Origin 称为NISQ（嘈杂中尺度量子）计算机时代的首个商用量子密码学产品。

“它今天在这里，它存在。不是未来两年、五年、十年或二十年。这是一种无法使用经典计算机生成或创建的产品，”Quantinuum首席执行官Ilyas Kahn在Q2B 会议前夕举行的“虚拟”圆桌会议上表示。

Quantinuum量子网络安全主管Duncan Jones表示：“简而言之，Quantum Origin是一个云托管平台，利用量子力学的不可预测性来生成加密密钥，这些密钥以来自Quantinuum的H系列（离子阱）量子计算机(由霍尼韦尔提供支持)。我们的加密密钥是有史以来最强大的加密密钥，也可能不止有史以来。”

Ilyas Kahn，Quantinuum 首席执行官

Ilyas Kahn强调，该服务的用户不需要量子硬件或专业知识。至少在开始时，只需要一个API。对于用户来说，它基本上是一个黑匣子。

这是实现量子优势的早期例子吗？当应用程序在量子计算机上的性能比在经典计算机上好得多，值得切换时。

从广义上讲，Quantum Origin是一个量子随机数生成器，通常简称为QRNG。这听起来可能微不足道，但事实并非如此，而且很多人认为这些QRNG及其可以增强的应用程序代表了量子计算中唾手可得的成果。

“我们衡量加密密钥质量的方式，”Duncan Jones解释称，“只是通过它的随机性和不可预测性来衡量，因为加密密钥几乎只是0和1的随机字符串。”

基于叠加和纠缠的量子计算可以提供这样的字符串。“如果你创造了一个50% 0 和 50% 1 的量子态，那么当你测量它时，无论如何你都无法预测你将得到什么值。你会得到一个0或一个1，但你没有机会确定它会是哪一个，即使你有一台超级计算机，结果也是这样。”Jones表示。

这里的Continuum 解决方案实际上是一个混合量子经典系统，量子计算机发挥了决定性的优势。

即使是在量子计算机上计算这些相对简单的随机数生成电路也并不容易。与量子计算相关的一系列常见挑战，例如系统和环境噪声，可能会破坏电路。

Quantinuum表示，它已经开发出必要的量子系统控制和电路来可靠地产生随机数。目前，它正在使用自己的H1俘获离子量子计算机。当然，许多量子位技术（俘获离子、超导、光学、冷原子等）正在开发。

当被问及俘获离子技术是否具有特殊优势时，Ilyas Kahn表示，“现在下结论还为时过早？我们已经在各种计算机上进行了测试。其中，我们已经在牛津量子电路，一种超导机器上进行了测试。最初的beta测试是在2020年10月，在他们生成的生态系统中使用了IBM计算机。”

“我们发现，由于俘获离子装置的保真度，带给了我们闻所未闻的分数，这反映了所谓的Mermin测试或Bell测试。这些是定义随机性质量的措施。现在还有其他一些因素在起作用，例如输出量、速度等，就目前而言，最佳结果来自捕获离子设备。但这种情况可能明天就会发生改变，”他表示，同时承认，这些技术在竞争性量子比特技术中这些仍处于早期阶段。

据Quantinuum报道，这项新服务已经被用于合作伙伴的一系列项目。它的两个早期合作伙伴——美国私人航天公司Axiom Space 和富士通——出席了此次圆桌会议。正在建设商业空间站的 Axiom Space 使用 Quantum Origin 对国际空间站和地球之间的后量子加密通信进行了测试使用具有可验证量子随机性的后量子密钥加密，将消息“Hello Quantum World”发送回地球；富士通使用量子增强密钥和传统算法将 Quantum Origin 集成到其软件定义广域网 (SDWAN) 中。

Duncan Jones表示，Continuum在定价方面遵循行业惯例。

Duncan Jones，Quantinuum

“当你找到云服务提供商，要求AWS或谷歌或其他人为你生成加密密钥时，他们通常会向你收取每月1 美元的费用，让你拥有该密钥并将其保存在安全的环境中。这里指的是使用我们现在已经超越的方法生成的标准密钥。现在，一个密钥的寿命大约五年左右，也就是60个月。所以你通常要花费50到60美元，”Duncan Jones表示，“Quantum Origin也会按密钥收费，我们会收取密钥总生命周期成本的一小部分，以确保密钥完全不可预测的附加价值。”

圆桌会议上有很多关于安全和技术出口管制的问题。

Kahn表示，Quantinuum遵循了不同地区政府的要求，并且客户的入厂流程非常严格。网络安全和数据安全是一个紧迫的研究和活动领域。美国国家标准研究院 (NIST) 和英国国家网络安全中心 (NCSC) 都有关于这一领域的积极的计划。

NIST一直在积极开发所谓后量子标准化算法，旨在阻止量子计算机破解加密消息的能力。理论上，完全容错的量子计算机将能够解密任何经典编码的密钥。NIST的工作目前基于经典系统，预计容错量子计算机不会很快出现。

Ilyas Kahn 表示，“展望未来，我认为后量子算法将会出现狂热的活动。我为什么这么说？现有的NIST 候选算法都没有考虑过，也没有被设计用来使用来自实际量子计算机的输出。它们是确定性进化的，并基于计算复杂性假设，即量子计算机不能做X、Y或Z。如果算法打破了这个边界，就会使其免受量子计算机的影响。一旦我们提供了不可预测的可验证量子输出，我们甚至无法想象的算法就会出现。”

回到QRNG，有许多应用领域可以通过使用真正的随机数来改进。

从哈佛大学拆分出的量子初创公司Zapata，正在围绕利用量子生成的随机数作为各种应用程序的输入的想法，来构建其早期的商业模式。

Duncan Jone指出，“质量随机性是许多不同系统中的关键组成部分，尤其是在模拟领域。例如，蒙特卡罗模拟需要获得高质量的随机性。所以，我认为除了密码学，它们还会有很多潜在用例。也许更好的问题可能是为什么首先关注密码学。我认为这是现在随机性最重要的地方，但是是的，我可以想象我们将来可能会为其他用例提供随机性。”

机器学习是另一个经常提到的可能受益的领域。

目前，Quantinuum 拥有大约400名员工。该公司早期发布通知中称，“Quantinuum将于2021年12月在全球推出量子网络安全产品，并于2022年晚些时候推出一款企业软件包，将量子计算应用于解决制药、材料科学、特种化学品和农用化学品领域的复杂科学问题。它还宣布将对系统模型H1硬件技术进行重大升级，该技术由霍尼韦尔提供支持，具有最高的测量量子体积，以及减少错误的行业突破，从而继续朝着容错量子系统的发展稳步前进。”

据推测，这些近期产品也将使用QRNG。

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