Quantum Computers의 암호화 해독
양자컴퓨터는 데이터를 보호하는 암호화 해독부터 화학의 가장 다루기 어려운 퍼즐 해결까지
좋은 방법과 나쁜 방법 모두에서 전례 없는 혼란을 일으킬 수 있습니다.
새로운 연구를 통해 그것이 언제 일어날지에 대해 더 명확해졌습니다.
현대의 암호화 스킴은 수세기에 걸쳐 최대의 슈퍼컴퓨터조차 크랙하는 매우 어려운 수학 문제에 의존하고 있습니다.
하지만 양자컴퓨터의 독자적인 기능은 이들 문제가 충분한 크기와 전력으로 단순해져 오늘날의 암호화가 낭비된다는 것을 의미합니다.
그것은 사이버 보안에 있어서 큰 문제이며,
암호키를 사용해 거래를 확보하는 암호화폐에 있어서도 큰 과제가 되고 있습니다.
예를 들어 누군가가 비트코인에 의해 사용되고 있는 기본적인 암호화 스킴을 해독할 수 있다면,
그들은 이들 키를 변조하고 코인을 훔치거나 기타 부정행위를 실행하기 위해 거래를 변경할 수 있을 것입니다.
여기에는 현재보다 훨씬 큰 양자컴퓨터가 필요한데 정확히 어느 정도 크기인지는 알 수 없습니다.
영국 스타트업 유니버설 양자 연구진이 AVS퀀텀사이언스에서 발표한 새 논문은
비트코인을 깨는 데 3억1700만~19억 큐빗 기계가 필요하다는 것을 알아냈다습니다.
트랜잭션이 취약한 변수 창이 있기 때문에 큐비트의 범위는 넓습니다.
이것은 보통 10분에서 1시간의 처리를 기다리고 있습니다.
이 스케일의 하단에 있는 양자 컴퓨터는 몇 가지 트랜잭션을 처리할 수 있지만,
19억 큐빗만이 그들 모두를 타깃으로 할 수 있음을 보장합니다.
경우에 따라서는 트랜잭션을 완료하는 데 하루도 걸릴 수 있습니다.
그럴 경우 연구자는 1300만달러밖에 필요 없다고 계산했습니다.
이러한 수치는 특정 종류의 양자컴퓨터와 관련되어 있다는 점에 주의하는 것이 중요합니다.
단일 연산을 실행하는 데 걸리는 시간이나 계산에 얼마나 많은 오류가 발생하는지는
양자 컴퓨터를 구축하는 데 사용되는 하드웨어의 특정 유형에 따라 크게 다를 수 있으며,
이러한 요인은 필요한 큐비트 수에 큰 영향을 줄 수 있습니다.
이를 회피하기 위해 연구자들은 특정 문제에 필요한 디바이스의 크기를 계산하면서
이들 하드웨어의 특성을 고려한 도구를 작성했습니다.
상기 수치는 1마이크로초의 동작시간을 갖는 기계에 관련되며
이는 구글과 IBM이 구축하고 있는 초전도 양자컴퓨터에 전형적인 것입니다.
유니버설 양자, IonQ, Honeywell 등이 선호하는 트랩형 이온 디바이스는 동작시간이 235마이크로초에 가깝습니다.
실리콘 큐비트에 의존하고 있는 사람들에게 시간은 밀리초에 이를 수 있으며,
이로 인해 필요한 큐비트의 수가 크게 증가할 수 있습니다.
연구원들은 또 양자컴퓨터가 기존 것을 물 밖으로 뿜어낼 것으로 예상되는 또 다른 문제, 즉 분자를 시뮬레이트하는 문제도 조사했습니다.
극소수 입자 간의 상호작용을 계산하는 것이 매우 복잡하다는 것은
대부분의 화학 모델링이 근사치에 의존하고 있음을 의미하며
이들조차 슈퍼컴퓨터를 필요로 한다는 것을 의미합니다.
그러나 양자컴퓨터는 원자나 분자와 같은 규칙에 의해 지배되고 있기 때문에
충분한 큐비트가 주어진다면 합리적인 시간 내에 정확한 시뮬레이션을 수행할 수 있을 것입니다.
그러한 모델링의 유망한 타깃 중 하나는 일부 식물이나 미생물이 공기 중의 질소를 고정하기 위해 사용하는 페모코 분자입니다.
그 구조를 이해함으로써 현재 세계 에너지 공급의 2%를 사용하고 있는 비료의 생산 효율이 크게 향상될 가능성이 있습니다.
기존 컴퓨터로는 분자를 시뮬레이트할 수 없지만
연구자들은 초전도 디바이스가 750만 큐빗만으로 열흘 만에 계산을 해결할 수 있다는 것을 발견했습니다.
같은 수의 큐비트를 사용하면 갇힌 이온 디바이스는 2450일이 걸립니다.
이것은 아마 실용적이지 않지만 6억 큐빗 머신으로 10일간의 턴어라운드를 달성할 수 있습니다.
Universal Quantum이 타깃으로 하는 특정 디자인에는 하나의 트릭이 있습니다.
초전도 큐비트는 인근 라우터와 직접 통신할 수 있을 뿐이며 장거리 통신에는 대량의 조작을 흡입할 수 있는 메시지 패싱 상호작용의 데이지 체인이 필요한 것은 데이지 체인입니다.
대조적으로 갇힌 이온 컴퓨터는 큐비트를 물리적으로 회전시켜 훨씬 긴 거리에서 직접 상호작용할 수 있습니다.
그러면 필요한 동작의 수가 감소하고 필요한 큐빗의 수가 감소합니다.
더욱 중요한 것은 초전도 디바이스에서 사용되는 것보다 훨씬 효율적인 새로운 오류 정정 스킴으로의 문을 열 수 있습니다.
어쨌든 이 연구는 비트코인 크래킹과 질소 고정 해결이 모두 아직 멀었음을 시사합니다.
더 중요한 것은 양자컴퓨터에 있어서는 특히 초전도 경쟁 제품보다 훨씬 많은 큐비트가 필요할 수 있는 이온 기반 컴퓨터에게는 확장성이 매우 중요해진다는 것을 보여 줍니다.
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