sejournal.io

Международная организация по стандартизации (ISO) включила алгоритм Classic McEliece в стандарт асимметричного шифрования ISO/IEC 18033-2. Это решение упростит внедрение защиты от атак с использованием квантовых компьютеров.

Classic McEliece — это механизм инкапсуляции ключей, разработанный в 1978 году Робертом Мак-Элисом. В отличие от распространенных RSA и протокола Диффи — Хеллмана, использующих факторизацию и дискретное логарифмирование, этот алгоритм опирается на исправляющие ошибки коды (в частности, бинарные коды Гоппы).

Окинавский институт науки и технологий охарактеризовал Classic McEliece как один из самых консервативных и надежных дизайнов в постквантовой криптографии. С момента разработки в 70-х годах система выдержала все попытки взлома.

Главной особенностью алгоритма является большой размер открытых ключей — от 255 Кб до 1,3 Мб. При этом размер шифртекста остается компактным (до 208 байт). По мнению разработчиков из британской компании Post-Quantum, схема идеально подходит для сценариев со статическими ключами, таких как VPN-соединения или шифрование файлов.

Решение ISO имеет критическое значение для индустрии, так как Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) ранее отложил стандартизацию Classic McEliece, отдав предпочтение алгоритму HQC. В NIST допустили, что могут рассмотреть принятие стандарта на базе версии ISO в будущем.

По словам CEO Post-Quantum Рикки Хасана, признание ISO позволит правительствам и частным компаниям из 177 стран внедрять метод более последовательно. Ранее компания совместно с STV Group провела успешные испытания алгоритма на боевых дронах в условиях ограниченной связи, доказав жизнеспособность схемы вопреки массивному размеру ключей.

Classic McEliece уже упоминается в рекомендациях регуляторов Нидерландов и Германии. Поддержка алгоритма реализована в таких проектах, как Debian, Ubuntu и библиотеке Bouncy Castle.

Напомним, в мае компания AmericanFortress представила схему постквантовых подписей для защиты существующих криптоактивов, включая «спящие» кошельки эпохи Сатоши с 1,1 млн BTC.

Вот перефразированная новость на русском языке:

Международная организация по стандартизации (ISO) официально утвердила алгоритм Classic McEliece в качестве стандарта асимметричного шифрования ISO/IEC 18033-2. Это событие должно ускорить внедрение систем защиты, способных противостоять атакам с использованием квантовых компьютеров.

Разработанный еще в 1978 году Робертом Мак-Элисом, Classic McEliece представляет собой механизм инкапсуляции ключей. В отличие от привычных RSA или протокола Диффи-Хеллмана, которые основаны на факторизации чисел и дискретном логарифмировании, данный алгоритм использует коды, исправляющие ошибки, в частности бинарные коды Гоппы.

В Окинавском институте науки и технологий назвали Classic McEliece одним из самых консервативных и проверенных решений в области постквантовой криптографии. За все время с момента своего появления в 70-х годах алгоритм ни разу не был взломан.

Главная особенность схемы — очень большой размер открытых ключей (от 255 Кб до 1,3 Мб). Однако размер зашифрованного текста остается небольшим (до 208 байт). Как отмечают специалисты британской компании Post-Quantum, алгоритм лучше всего подходит для ситуаций со статическими ключами, например, для VPN-соединений или шифрования файлов.

Решение ISO особенно важно на фоне того, что Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) ранее отложил стандартизацию Classic McEliece, выбрав алгоритм HQC. В NIST не исключили, что в будущем могут принять стандарт на основе версии ISO.

Генеральный директор Post-Quantum Рикки Хасан заявил, что признание ISO позволит правительствам и частным компаниям из 177 стран внедрять этот метод более упорядоченно. Ранее компания совместно с STV Group успешно протестировала алгоритм на боевых дронах в условиях плохой связи, доказав его работоспособность, несмотря на большой размер ключей.

Classic McEliece уже включен в рекомендации регуляторов Нидерландов и Германии. Поддержка алгоритма также реализована в таких проектах, как Debian, Ubuntu и библиотека Bouncy Castle.

Напомним, что в мае компания AmericanFortress предложила еще один способ защиты биткоина от квантовой угрозы, представив схему постквантовых подписей, в том числе для «спящих» кошельков эпохи Сатоши, содержащих 1,1 млн BTC.

Компания Nvidia выложила в открытый доступ код и инструменты для обучения своей разработки — Ising Decoder ColorCode 1 Fast. Этот ИИ-модуль сперва обрабатывает сигналы об ошибках, а затем передаёт их декодеру Chromobius.

В ходе симуляции такая связка снизила частоту логических ошибок в 347,7 раза, а обработку ускорила в 7,3 раза по сравнению с работой одного Chromobius. Тестирование проводилось на модели квантовой памяти с кодовым расстоянием 31 и уровнем физических ошибок 0,3%. Важно, что испытания шли на синтетических данных, а не на реальном квантовом процессоре.

Сама нейросеть Ising Decoder ColorCode 1 Fast — это 17-слойная трёхмерная свёрточная сеть примерно на 2,9 миллиона параметров. Её поле охвата равно 13, а для обучения использовались массивы данных размером 13 × 13 × 19.

Модель не является самостоятельным декодером, а выступает как предварительный этап: она анализирует локальные ошибки, уменьшает их количество и передаёт оставшуюся разреженную карту классическому декодеру Chromobius.

Цветовые коды приблизились к работе в реальном времени

Квантовая коррекция ошибок нужна, чтобы объединять нестабильные физические кубиты в более надёжные логические. Декодер анализирует результаты контрольных замеров и решает, какие сбои нужно исправить.

Обычно для хранения квантовой информации используют поверхностные коды — у них выше порог ошибок и их проще декодировать. Цветовые коды позволяют эффективнее выполнять некоторые логические операции, но их сигналы об ошибках сложнее обрабатывать. Как отмечают в Nvidia, именно отсутствие быстрых и точных декодеров долго мешало применять такие коды в реальном времени.

Ising Decoder ColorCode 1 Fast призван снизить нагрузку на основной алгоритм. Авторы исследования утверждают, что преимущество связки с Chromobius растёт по мере увеличения кодового расстояния.

При этом сравнение скорости проводилось на разном оборудовании: нейросеть запускали на Nvidia DGX GB300, а Chromobius — на процессоре Grace Neoverse-V2. Так что ускорение в 7,3 раза связано не только с разницей в алгоритмах, но и с использованием GPU вместо CPU.

Nvidia уже выложила фреймворк и рецепты обучения в открытый репозиторий под лицензией Apache 2.0.

Семейство открытых моделей Ising компания представила ещё в апреле. В него входят инструменты для калибровки квантовых процессоров и коррекции ошибок.

Напомним, что в июне IBM обновила свою дорожную карту и заявила, что создаст первый в мире крупномасштабный отказоустойчивый квантовый компьютер к 2029 году.

Компания Quantinuum, занимающаяся разработкой квантовых компьютеров, совместно с производителем авиадвигателей Rolls-Royce запустила многолетний проект по исследованию гибридных квантово-классических вычислений. К проекту также присоединились фирма Riverlane, специализирующаяся на квантовой коррекции ошибок, и суперкомпьютерный центр EPCC при Эдинбургском университете.

Участники намерены выяснить, какие именно возможности квантовых компьютеров понадобятся для промышленного проектирования в будущем. Речь идёт не о полном переносе симуляций на квантовую платформу, а о тестировании отдельных вычислительных элементов.

Моделирование потоков газа внутри турбин требует огромных вычислительных ресурсов, особенно с ростом точности расчётов. В рамках проекта проверят, смогут ли будущие отказоустойчивые квантовые компьютеры брать на себя часть таких задач, работая совместно с суперкомпьютерами.

Quantinuum предоставит доступ к своим квантовым системам и программному обеспечению. Rolls-Royce сформулирует промышленные задачи, Riverlane займётся алгоритмами и исправлением квантовых ошибок, а EPCC обеспечит интеграцию с высокопроизводительными вычислительными системами.

Первые компоненты алгоритмов опробуют на квантовом компьютере Helios. Затем партнёры оценят возможность их масштабирования на будущих системах Quantinuum — Sol и Apollo.

Это сотрудничество вписывается в британскую государственную программу развития квантовых вычислений. К 2035 году власти страны планируют обеспечить доступ к расположенным в Великобритании системам, способным выполнять триллион квантовых операций и решать промышленные задачи в связке с суперкомпьютерами.

Ранее Quantinuum обновила заявку на первичное публичное размещение акций и впервые указала ценовой диапазон — от 45 до 50 долларов за акцию. Компания намерена разместить на Nasdaq 21 052 632 ценных бумаг класса A. При таких параметрах её оценка после IPO составит от 11,43 до 12,7 миллиарда долларов.

Напомним, что в июне IBM представила обновлённую дорожную карту, согласно которой компания планирует создать первый в мире крупномасштабный отказоустойчивый квантовый компьютер к 2029 году.

Компания Quantinuum, занимающаяся разработкой квантовых компьютеров, совместно с производителем авиадвигателей Rolls-Royce запустила многолетний проект по изучению гибридных квантово-классических вычислений. В проекте также участвуют фирма Riverlane, специализирующаяся на коррекции квантовых ошибок, и суперкомпьютерный центр EPCC при Эдинбургском университете.

Участники намерены выяснить, какие возможности квантовых компьютеров понадобятся для промышленного проектирования в будущем. Пока речь не идет о переносе полноценного моделирования на квантовую платформу — планируется тестирование лишь отдельных вычислительных элементов.

Расчеты движения газа внутри турбин требуют значительных вычислительных мощностей, особенно при повышении точности моделей. Партнеры проверят, смогут ли будущие отказоустойчивые квантовые компьютеры выполнять часть этих расчетов совместно с суперкомпьютерами.

Quantinuum предоставит доступ к своим квантовым системам и программному обеспечению. Rolls-Royce подготовит промышленные задачи, Riverlane займется алгоритмами и исправлением квантовых ошибок, а EPCC — интеграцией с высокопроизводительными вычислительными системами.

Первые компоненты алгоритмов протестируют на квантовом компьютере Helios. Затем будет оценена возможность их масштабирования на будущих системах Quantinuum — Sol и Apollo.

Это сотрудничество связано с британской государственной программой по развитию квантовых вычислений. К 2035 году власти рассчитывают обеспечить доступ к расположенным в стране системам, способным выполнять триллион квантовых операций и решать промышленные задачи совместно с суперкомпьютерами.

Ранее Quantinuum обновила заявку на первичное публичное размещение и впервые указала ценовой диапазон — от 45 до 50 долларов за акцию. Компания планирует разместить 21 052 632 ценных бумаг класса A на бирже Nasdaq. При таких параметрах оценка после размещения составит от 11,43 до 12,7 миллиарда долларов.

Напомним, что в июне IBM представила обновленную дорожную карту, согласно которой компания создаст первый в мире крупномасштабный отказоустойчивый квантовый компьютер к 2029 году.

Компания Nvidia выложила в открытый доступ код и инструменты для обучения нейросети Ising Decoder ColorCode 1 Fast. Этот ИИ-модуль занимается предварительной обработкой сигналов об ошибках, после чего передаёт их декодеру Chromobius.

В ходе симуляции такая связка показала снижение частоты логических ошибок в 347,7 раза, а скорость обработки выросла в 7,3 раза по сравнению с использованием только Chromobius. Тестирование проводилось на модели квантовой памяти с кодовым расстоянием 31 и физической частотой ошибок 0,3%. Важно отметить, что испытания шли на синтетических данных, а не на реальном квантовом процессоре.

Сама нейросеть Ising Decoder ColorCode 1 Fast представляет собой 17-слойную трёхмерную свёрточную сеть с примерно 2,9 миллиона параметров. Её поле охвата составляет 13, а обучение велось на входных массивах размером 13 × 13 × 19.

Эта модель не является самостоятельным декодером, а служит предварительным этапом. Она анализирует локальные сигналы об ошибках, сокращает их число и передаёт оставшуюся разреженную карту классическому декодеру Chromobius.

Цветовые коды становятся ближе к работе в реальном времени

Квантовая коррекция ошибок позволяет объединять нестабильные физические кубиты в более надёжные логические. Декодер анализирует результаты контрольных измерений и определяет, какие сбои нужно исправить.

Для хранения квантовой информации часто применяются поверхностные коды — у них сравнительно высокий порог ошибок, и их легче декодировать. Цветовые коды позволяют эффективнее выполнять некоторые логические операции, но их сигналы об ошибках обрабатывать сложнее. По словам Nvidia, отсутствие быстрых и точных декодеров долгое время мешало использовать такие коды в реальном времени.

Ising Decoder ColorCode 1 Fast призван снизить нагрузку на основной алгоритм. Авторы исследования утверждают, что преимущество связки с Chromobius растёт по мере увеличения кодового расстояния.

При этом сравнение скорости проводилось на разном оборудовании: нейросеть работала на Nvidia DGX GB300, а Chromobius — на процессоре Grace Neoverse-V2. Таким образом, ускорение в 7,3 раза объясняется не только разницей в алгоритмах, но и использованием GPU вместо CPU.

Nvidia уже выложила фреймворк и рецепты обучения в открытый репозиторий под лицензией Apache 2.0.

Семейство открытых моделей Ising компания представила ещё в апреле. Оно включает инструменты для калибровки квантовых процессоров и коррекции ошибок.

Напомним, что в июне IBM обновила свою дорожную карту, согласно которой компания планирует создать первый в мире крупномасштабный отказоустойчивый квантовый компьютер к 2029 году.

Вот перефразированный текст новости на русском языке:

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Ивэнь Чу создали квантовый чип, в котором оперативная память работает на механических резонаторах, а не на электромагнитных элементах.

По своей структуре устройство напоминает обычный компьютер: здесь есть отдельный процессор (сверхпроводящий кубит) и отдельная память (механические резонаторы).

Информация хранится в виде мельчайших колебаний, похожих на вибрацию гитарной струны. Каждое такое колебание отвечает за отдельную ячейку памяти. Как объясняет Чу, разделение процессов вычисления и хранения данных делает систему более производительной и универсальной.

Механическая память выигрывает у электромагнитной по нескольким параметрам:

* механические резонаторы гораздо компактнее;
* чип размером всего 7,5 на 2,5 мм способен выполнять сложные операции;
* квантовые состояния в форме вибраций сохраняются дольше, что уменьшает вероятность потери информации.

Новинку уже испытали на сложных вычислительных задачах. Чип справился с алгоритмом квантового преобразования Фурье и поиском периода — эти операции необходимы для работы будущих квантовых машин.

Эксперимент показал, что архитектура на основе вибраций подходит для создания программируемых квантовых компьютеров. Теперь ученые намерены проверить, как технология поведет себя при увеличении масштаба системы.

Ранее, в мае, та же исследовательская группа разработала способ получения математически идеальной случайности. А в июне немецкий институт Fraunhofer IPMS представил систему Q-Dice, генерирующую случайные числа на основе квантовых флуктуаций вакуума.

Вот перефразированная новость на русском языке:

Странам необходимо развивать квантовые коммуникации, сенсоры, постквантовую криптографию, готовить кадры и выстраивать цепочки поставок, а не сосредотачиваться исключительно на квантовых вычислениях. Такой вывод содержится в докладе исследовательского центра IBM по вопросам государственного управления.

В документе проводится сравнение стратегий США, Китая, Евросоюза, Индии и Австралии по пяти ключевым направлениям:
* Инвестиции
* Инновации
* Образование
* Безопасность
* Международное сотрудничество

Главная идея доклада — опасность «туннельного зрения». Авторы считают, что страны, сфокусировавшиеся только на квантовых компьютерах, рискуют отстать в других важных сферах: защищенной связи, сверхточных сенсорах и защите данных от будущих криптоатак.

«К 2024 году глобальные инвестиции в квантовые технологии превысили 40 миллиардов долларов. Страны по всему миру выделили огромные государственные и частные ресурсы. В таких условиях использование квантовых вычислений для общественного блага требует не просто понимания, а стратегических действий», — отмечают авторы доклада.

Почему это важно?

Квантовые сенсоры могут использоваться для сверхточных измерений, навигации, медицинской визуализации и геологоразведки. Квантовые коммуникации обеспечивают защищенную передачу данных. Постквантовая криптография необходима для перехода от алгоритмов, которые в будущем могут быть взломаны мощными квантовыми компьютерами.

В докладе подчеркивается срочность перехода, описывая сценарий «собери сейчас, расшифруй позже». Суть в том, что злоумышленники могут перехватывать зашифрованные данные уже сегодня, чтобы расшифровать их в будущем, когда появится такая возможность.

Что предлагают авторы?

По мнению экспертов, преимущество получат те страны, которые смогут долгое время поддерживать инвестиции, готовить специалистов, защищать цифровую инфраструктуру и доводить научные разработки до практического применения.

Для государств наиболее актуальная практическая задача — не ожидание универсального квантового компьютера, а подготовка инфраструктуры к внедрению постквантовой криптографии. В этой области уже есть стандарты, установлены сроки и понятен набор действий: инвентаризация систем, обновление алгоритмов, проверка поставщиков и миграция цифровых подписей.

«В этих рекомендациях учтены бюджетные, организационные и геополитические ограничения, но при этом показано, что цена бездействия превышает стоимость долгосрочного участия», — говорится в докладе.

Авторы также отмечают, что многие квантовые разработки появляются на стыке академических, государственных и коммерческих проектов, поэтому полная изоляция может замедлить прогресс.

США, Китай и ЕС

США в докладе описываются как страна с мощной исследовательской базой, включающей национальные лаборатории, университеты и частный капитал. В 2024 году американские квантовые стартапы привлекли более 1,5 миллиарда долларов венчурных инвестиций. Например, в мае Министерство торговли США выделило 2 миллиарда долларов местным компаниям, занимающимся квантовыми вычислениями, получив взамен миноритарные доли. Половина этой суммы направлена IBM на создание суперкомпьютеров для решения актуальных мировых проблем.

Китай придерживается более централизованной модели. В документе упоминаются государственные вложения в размере около 15,3 миллиарда долларов, однако отмечается непрозрачность китайских расходов и разброс внешних оценок. Стратегия КНР делает акцент на квантовых коммуникациях, централизованном планировании и роли государственных институтов. Известно, что 30 июня в Шанхае была запущена зона развития квантовых вычислений. Меры поддержки предусматривают до 100 миллионов юаней (около 14,7 миллиона долларов) на фундаментальные исследования и до 20 миллионов юаней (около 2,9 миллиона долларов) для первых установок.

Евросоюзу авторы приписывают около 10 миллиардов долларов государственного финансирования. Ключевыми инициативами названы Quantum Flagship и квантовая инфраструктура EuroHPC. При этом в докладе отмечается, что коммерциализация в ЕС идет сложнее, чем в США, а исследования остаются фрагментированными между странами блока. В июле в Брюсселе было объявлено о запуске трех академий цифровых навыков — по квантовым технологиям, ИИ и виртуальным мирам, чтобы закрыть дефицит специалистов. ЕС планирует к 2030 году довести долю взрослых с базовыми цифровыми навыками до 80%, а число специалистов — до 20 миллионов.

Индия в документе представлена как страна, наращивающая фундаментальную базу через национальные программы и международное партнерство. Австралия — как рынок с сильной научной школой, но испытывающий проблемы с коммерциализацией и удержанием кадров. Ранее компания PsiQuantum начала строительство объекта в Квинсленде для размещения отказоустойчивого квантового компьютера промышленного масштаба.

Напомним, что, по мнению аналитической организации Special Competitive Studies Project, США пока сохраняют небольшое преимущество над Китаем в квантовой гонке, однако этот отрыв сокращается и может исчезнуть в течение нескольких лет.

Вот перефразированный текст новости на русском языке:

Квантовые вычисления — один из главных доводов в пользу целенаправленной промышленной политики США, но крупные государственные вложения в технологические фирмы требуют строгих правил. К такому выводу пришли авторы колонки в The Economist Джошуа Зоффер и Крис Миллер.

Они отмечают, что в других сферах (например, дроны, аккумуляторы или переработка редкоземельных металлов) государство может поддерживать рынок через закупки или регулирование. Однако в квантовых вычислениях ситуация иная: коммерческих продуктов почти нет, нет доминирующей технологии, а производственные цепочки не сформированы. Поэтому раннее вмешательство властей может быть оправдано, пока не возникло зависимости.

Авторы связывают квантовые технологии с нацбезопасностью: мощные квантовые компьютеры в будущем могут взломать современную криптографию, а смежные разработки применимы в сенсорах, навигации и связи. Они считают эту сферу редким случаем, где прямые госинвестиции оправданы, но предупреждают, что такой подход не должен стать универсальным.

Как работает программа Минторга США

21 мая Министерство торговли США объявило о подписании девяти соглашений о намерениях на сумму $2,013 млрд в рамках закона CHIPS and Science Act. Средства направят на строительство двух квантовых фабрик и поддержку семи компаний.

Среди получателей:
— IBM — $1 млрд на создание дочерней компании для выпуска сверхпроводниковых пластин.
— GlobalFoundries — $375 млн на защищенную квантовую фабрику.
— Atom Computing, D-Wave, Infleqtion, PsiQuantum, Quantinuum — по $100 млн.
— Rigetti — до $100 млн.
— Diraq — до $38 млн.

Условие поддержки — миноритарная доля государства без права контроля. Этот пункт не устроил Google, которая отказалась от участия, посчитав, что требования замедлят создание полезного квантового компьютера.

Три принципа для госинвестиций

Зоффер и Миллер предложили три правила для прямых вложений государства:
1. Вмешиваться только если есть угроза нацбезопасности или серьезная экономическая уязвимость, которую рынок не решит сам.
2. Не вкладывать деньги туда, где можно купить готовый продукт. В квантовой сфере это пока невозможно.
3. Сохранять дистанцию между государством и бизнесом. Налогоплательщики должны получить выгоду от роста компаний, но прямое владение акциями создает политические риски.

В качестве решения они предложили использовать варранты — это даст государству право на участие в росте стоимости компаний без контроля над ними.

Ранее президент США Дональд Трамп подписал указ об ускоренном переходе федеральных систем на постквантовую криптографию. Документы направлены на защиту от передовых криптоатак и стимулирование инноваций.

Эксперты поддержали это направление, но предупредили: для биткоина проблема сложнее, так как децентрализованную сеть нельзя обновить по указу.

В июне Управление оборонных инноваций Минобороны США запустило программу Farseer по разработке квантовых сенсоров и портативных атомных часов для разведки. Инициатива может получить до $200 млн в ближайший год.

Британская компания Quantum Motion совместно с NVIDIA представила новый метод решения одной из самых сложных проблем в области квантовых вычислений — подготовки квантовых состояний, необходимых для моделирования молекул. Об этом сообщает Quantum Computing Report.

Данный этап нередко требует больше вычислительных ресурсов, чем сам расчет, и является серьезным препятствием для практического использования квантовых компьютеров в химии и материаловедении.

Исследователи предложили задействовать искусственный интеллект для предварительной обработки данных. Вместо того чтобы заставлять квантовый процессор самостоятельно искать нужное состояние сложной молекулы, часть работы выполняется классическим ИИ. Это позволяет уменьшить количество квантовых операций и снизить требования к оборудованию.

Команда разработчиков опубликовала в открытом доступе исходный код GPU-ускоренного пакета для задач квантовой химии. Вместе с ним были выпущены руководства по использованию решения на платформе CUDA-Q от NVIDIA.

Почему это важно

Одним из главных преимуществ квантовых компьютеров считается их способность моделировать поведение молекул гораздо точнее, чем традиционные суперкомпьютеры. Такие расчеты могут помочь в создании новых лекарств, аккумуляторов, удобрений и промышленных материалов.

Однако на практике квантовые системы до сих пор сталкиваются с фундаментальными ограничениями. Одно из них — необходимость сначала перевести задачу в специальное квантовое состояние, соответствующее структуре изучаемой молекулы. Для сложных соединений этот процесс становится крайне затратным.

Ставка на гибридные вычисления

Работа Quantum Motion и NVIDIA отражает растущий тренд в отрасли: вместо того чтобы ждать появления идеального квантового компьютера, компании учатся комбинировать возможности ИИ, классических вычислений и квантовых процессоров.

Исследователи считают, что такой гибридный подход позволит быстрее приблизить квантовые технологии к реальным задачам науки и промышленности. Хотя о коммерческом прорыве говорить пока рано, данная разработка устраняет одно из узких мест, которое долгое время сдерживало применение квантовых компьютеров в химических расчетах.

Напомним, что в мае глобальный директор по продажам IBM Quantum Петра Флоризун заявила о начале практической эры квантовых вычислений.