Случайность — фундамент криптографической инфраструктуры. Она определяет безопасность и надежность систем, от алгоритмов шифрования данных до методов машинного обучения. При этом классические компьютеры, будучи детерминированными (основанными на неслучайных вычислениях), не способны генерировать истинную случайность. Попытки имитировать ее через физические процессы (движение мыши, космическое излучение) сталкиваются с проблемами масштабируемости и доверия. Решение проблемы, как предположили специалисты, дадут квантовые вычисления.
Крупнейший банк JPMorganChase объявил о технологии, которая может переопределить стандарты безопасности и криптографии. Новый протокол JPMorgan устраняет зависимость от ненадежных физических источников и предлагает проверяемое решение.
В опубликованной 26 марта в научном журнале Nature статье банк JPMorganChase совместно с компанией Quantinuum, специализирующейся на квантовых вычислениях, Аргоннской (Argonne National Laboratory) и Ок-Риджской (Oak Ridge National Laboratory) национальными лабораториями при Министерстве энергетики США, Университетом Техаса (University of Texas) в Остине (Austin) — объявили о применении квантового компьютера для генерации сертифицированной случайности.
В основе проекта — 56-кубитный квантовый компьютер Quantinuum H2 с технологией захваченных ионов. Исследователи использовали протокол, сочетающий квантовые вычисления и классическую верификацию. На первом этапе случайные схемы (random circuit sampling) отправлялись на квантовый компьютер. На втором — четыре суперкомпьютера, включая Frontier с мощностью 1,1 экзафлопс (квинтиллион операций в секунду — число с 18 нулями), анализировали данные, подтверждая энтропию (меру неопределенности) в 71313 бит. Главное преимущество метода — математическая гарантия случайности. То есть она не зависит от доверия к оборудованию.
Компания Quantinuum уже называет новую технологию «новым стандартом безопасности». Ведь сертифицированная случайность необходима в криптографии для создания неуязвимых ключей шифрования, в системах справедливой генерации случайных чисел для лотерей и аукционов. А также в сфере ИИ для алгоритмов защиты конфиденциальных данных.
Однако, несмотря на успех, на пути к практическому применению остаются нерешенными важные вопросы. Это — затраты на верификацию, когда для проверки требуются мощности суперкомпьютеров уровня Frontier. Кроме того, имеется проблема масштабируемости — текущий протокол обрабатывает ограниченный объем данных. А отсутствие единых стандартов замедляет интеграцию с существующими системами.
Прорыв JPMorgan и партнеров доказывает, что даже сегодняшние несовершенные квантовые системы способны решать практические задачи. Как заметил Раджиб Хазра (Dr. Rajeeb Hazra), CEO Quantinuum, «новая эра квантовых вычислений только начинается». И сертифицированная случайность — практическое ее начало.
