量子コンピュータは危険か安全か 全貌を知る




量子コンピューター入門

1.はじめに
 量子コンピュータとは量子力学的原理を用いた概念です。
 コンピュータというとWindowsのようなものがいっぱんてきだが、量子コンピュータと区別して古典的コンピュータ
 という概 念です。

2.古典的コンピュータはTuringによってその動作原理が考案されステップ数で行いTuring Machineは
 基本原理は多くの人が知っていると思います。
 基本単位をbinary unitとし、2進数で数を保持しbitは同時に1つの状態を表し2つ以上の状態を同時に
 表せない、状態を表すのをon/offで行っています。

3.量子コンピュータの簡単な原理
 量子コンピュータの動作原理状態の重ね合わせがポイントです。
 同時に2つ以上の状態を表せ直感的に1、2、3でも、4でもある。
 ですが、実際には1か2か3か4のいずれかが観測されます。
 1と2と3が確率的に重ねあわされ観測するごとに結果が違う。
 状態の重ね合わせでどんないいことがあるかというと、計算が効率よくできるます。
 量子コンピュータは研究は下火になっていました。
 量子コンピュータを世に広めたのはShorの因数分解アルゴリズムです。
 整数の因数分解というのは古典的コンピュータの苦手です。Turing Machineという原理によって計算できるが、
 時間がかかります。

4.量子コンピュータの利点
 量子コンピュータですが、因数分解の計算を実用的な時間で解けます。
 ということは現在のコンピュータセキュリティが崩壊することを意味しています。
 量子コンピュータができると、現行の暗号系は解読されるので、新しい暗号系が必要です。
 量子暗号という研究いなります

5.まとめ
 簡単に言うと、量子コンピュータは複数の状態を同時に保持できます。

6.量子コンピュータの実現方法
  ①イオントラップ法 イオンの速度を小さくするし、電場によって特定の場所に固定する
   イオンをレーザによって状態を制御し計算を行う。
  ②量子コンピューターにはデジタル式、アナログ式があり、デジタル式に「チューリングマシン」があり、
    アナログ式にイジングマシンがあります。注目はイジングマシン方式で、イジングマシン方式の中
    にもアニーリング方式やレーザーネットワーク方式がある。

7.最後に
  量子コンピューターがパソコンに使われることは当分なさそうですがこれからですね。

(2)今後の動向
ハードウェア技術もまだまだ開発途上で、国内発の余地もあると考えられる。欧米の実機開発は一歩進ん
でいるので、勝負しにくいと考える。ソフトウェアでは、量子アニーリング方式の研究者は一定数いるが
量子コンピュータのソフト開発において、ハード特有のクセを理解した上でのアルゴリズム開発が必要。
領域として、化学/製薬・金融/物流のような組み合わせ最適化問題系と、日本でも大企業の基盤があり、
狙えると考える。



(3)量子コンピューターで暗号解読いつできるか
出来たら大変だが
量子コンピューターの登場でRSA暗号システムを突破できる可能性があり機が叫ばれています。
RSA暗号システムのアイデアは、素因数分解が古典的なコンピューターでは難しいことを利用しています。
巨大な数を素因数分解するには膨大な時間がかかり不可能なので、掛け合わした数を公開鍵に、
素因数分解した素数を秘密鍵にし、秘密鍵を持つものだけが暗号を解除できる公開鍵暗号システム
で現在のインターネットの暗号化技術を支えている。
しかし、1994年にピーター・ショア教授がしたアルゴリズムで、量子コンピューターを使えば
時間内に解けることが分かり、RSA暗号システムが突破される可能性があると言われている。
ペンシルバニア大学のナディア・ヘニンジャー准教授らの研究チームが、テラバイト級の暗号鍵を
作るアルゴリズムを考案しました。このテラバイト級暗号鍵を用いたRSA暗号システムを解読するには、
量子コンピューターでも2の100乗という膨大な数の演算処理が必要だとのこと。
テラバイト級の暗号鍵を作ることで解読できないようにするという対抗策ですが、
ペンシルバニア大学の研究チームが開発したアルゴリズムでも暗号鍵の作成・暗号解読に5日かかるとのことなので、使えない代物で実用レベルとは言い難いものだそうです。ただし、しかし量子コンピューターによってRSA暗号システムが崩壊するという見解を否定する技術である可能性はありそうです。RSA暗号システムの共同発明者のアディ・シャミア教授が、日本国際賞を受賞しましたが、受賞会見で「量子コンピュータを研究している人たちより楽観的には考えていて、ここ10年や15年の間に量子コンピュータが暗号を解読するようなことはないと思っている」と述べています。

Googleが買った世界初の市販量子コンピュータ「D-Wave 2」が性能試験でつまずく、従来型コンピュータと性能が大差ないという結果になったそうだ。

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