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NSA will Quantencomputer bauen, um „die meisten Verschlüsselungsarten zu knacken“

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OriginalIn raumgroße Metallkästen sicher gegen elektromagnetische Lecks wird die National Security Agency Rennen einen Computer zu bauen, die verwendet fast jede Art von Verschlüsselung brechen könnte Banken, Medizin, Wirtschaft und Regierung Aufzeichnungen auf der ganzen Welt zu schützen.Laut Dokumenten, die der ehemalige NSA-Mitarbeiter Edward Snowden vorgelegt hat, ist das Bemühen, „einen kryptologisch nützlichen Quantencomputer“ zu bauen – eine Maschine, die exponentiell schneller ist als klassische Computer – Teil eines 79.7 Millionen Dollar teuren Forschungsprogramms mit dem Titel „Penetrating Hard Targets“. Ein Großteil der Arbeiten wird im Rahmen geheimer Verträge bei einem Labor in College Park, Maryland.

„Wenn Sie glauben, Sie verstehen die Quantenmechanik, dann verstehen Sie sie nicht“, sagte der verstorbene Nobelpreisträger Richard Feynman, der als Pionier der Quanteninformatik gilt. Das Wissenschaftsvideoblog Vertiasium versucht, einen Sinn dahinter zu finden.

Die Entwicklung eines Quantencomputers ist für Bereiche wie Medizin sowie für die NSA Code brech Mission ein Ziel von vielen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, mit revolutionären Implikationen lange her. Mit einer solchen Technologie sind alle gängigen Formen der Public-Key-Verschlüsselung wäre gebrochen werden, auch solche, auf vielen sicheren Web-Sites verwendet werden, sowie die Art verwendet, um Staatsgeheimnisse zu schützen.

Physiker und Informatiker haben lange darüber spekuliert, ob die Bemühungen der NSA sind weiter fortgeschritten als die der besten zivilen Labors. Obwohl das volle Ausmaß der Forschung Agentur unbekannt bleibt, schlagen die Dokumente, die von Snowden, dass die NSA zum Erfolg als andere in der wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht näher ist.

"Es scheint unwahrscheinlich, dass die NSA der offenen Welt so weit voraus sein könnte, ohne dass es jemand weiß", sagte Scott Aaronson, Associate Professor für Elektrotechnik und Informatik am Massachusetts Institute of Technology.

Die NSA scheint sich zu betrachten, als Kopf und Kopf mit Quanten-Computing-Labors von der Europäischen Union und der Schweizer Regierung, mit stetigen Fortschritt, aber wenig Aussicht auf einen sofortigen Durchbruch.

"Der geografische Geltungsbereich hat sich von einer globalen Anstrengung zu einem diskreten Fokus auf die Europäische Union und die Schweiz verengt", so ein NSA-Dokument.

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Seth Lloyd, MIT-Professor für Quantenmechanik, sagte, der Fokus der NSA sei nicht falsch. "Die EU und die Schweiz haben in den letzten zehn Jahren erhebliche Fortschritte erzielt und die USA in der Quantencomputertechnologie eingeholt", sagte er.

Die NSA sank für diesen Artikel kommentieren.

Die Dokumente zeigen jedoch, dass die Agentur in den großen Teil seiner Forschung betreibt, abgeschirmte Räume als Faradayscher Käfig bekannt, die ausgelegt sind, von elektromagnetischer Energie zu verhindern oder zu verkleinern kommen. Diejenigen, nach einem kurzen Beschreibung erforderlich sind "laufen empfindliche Quantencomputing Experimente zu halten."

[Lesen Sie ein Dokument, das die Einstufungsstufen im Zusammenhang mit Quantencomputing-Bemühungen beschreibt]

Das Grundprinzip der Quantencomputer wird als "Quantenüberlagerung" bekannt, die Idee, dass ein Objekt gleichzeitig in allen Staaten existiert. Ein klassischer Computer verwendet binäre Bits, die entweder Nullen oder Einsen sind. Ein Quantencomputer verwendet Quantenbits oder Qubits, die gleichzeitig Null und Eins sind.

Dieser scheinbare Unmöglichkeit ist Teil des Geheimnisses, das im Herzen der Quantentheorie liegt, die auch theoretische Physiker sagen, niemand vollständig versteht.

"Wenn Sie denken, Sie verstehen Quantenmechanik, Sie verstehen nicht Quantenmechanik", sagte der späte Nobelpreisträger Richard Feynman, Der als Pionier in der Quanten-Computing weit betrachtet wird.

Hier ist, wie es funktioniert, in der Theorie: Während ein klassisches Computer jedoch schnell, muss zu einem Zeitpunkt eine Berechnung zu tun, ein Quantencomputer kann manchmal vermeiden zu machen Berechnungen aufweist, die zur Lösung eines Problems nicht erforderlich sind. Das erlaubt es zu Hause in die richtige Antwort viel schneller und effizienter.

Quantum Computing ist aufgrund der Fragilität solcher Computer schwer zu erreichen. Theoretisch könnten die Bausteine ​​eines solchen Computers einzelne Atome, Photonen oder Elektronen enthalten. Um die Quantennatur des Computers aufrechtzuerhalten, müssten diese Teilchen sorgfältig von ihren äußeren Umgebungen isoliert werden.

"Quantencomputer extrem empfindlich sind, so dass, wenn man sie von ihrer Umwelt nicht schützen, dann wird die Berechnung nutzlos sein", sagte Daniel Lidar, Professor für Elektrotechnik und der Direktor des Zentrums für Quanteninformationswissenschaft und Technik an der University of Southern California.

Ein Quantencomputer der würde die Tür öffnen zu leicht heute die stärksten Verschlüsselungs-Tools im Einsatz zu brechen, darunter ein Standard als RSA bekannt, für die Initialen seiner Schöpfer benannt. RSA kriecht, Kommunikation, sie unlesbar zu jemand aber den beabsichtigten Empfänger zu machen, ohne die Verwendung eines gemeinsamen Passwort erfordern. Es wird allgemein in Web-Browsern von finanziellen Transaktionen zu sichern und in verschlüsselter E-Mails. RSA ist wegen der Schwierigkeit der Faktorisierung das Produkt zweier großer Primzahlen verwendet. die Verschlüsselung zu brechen beinhaltet diese beiden Zahlen zu finden. Dies kann nicht in einer angemessenen Zeit auf einem klassischen Computer durchgeführt werden.

In 2009, Informatiker klassischen Methoden konnten Entdecke die Primzahlen innerhalb eines 768-Bit-Zahl, aber es dauerte fast zwei Jahre und Hunderte von Computern es zu berücksichtigen. Die Wissenschaftler davon aus, dass es 1,000 mal länger dauern würde, ein 1,024-Bit-Schlüssel zu brechen, die häufig für Online-Transaktionen verwendet wird.

Ein großformatiger Quantencomputer könnte jedoch theoretisch eine 1,024-Bit-Verschlüsselung viel schneller brechen. Einige führende Internet-Unternehmen bewegen sich zu 2,048-Bit-Schlüsseln, aber auch solche sind anfällig für eine schnelle Entschlüsselung mit einem Quantencomputer.

Quantencomputer haben viele Anwendungen für die heutigen wissenschaftlichen Gemeinschaft, einschließlich der Schaffung der künstlichen Intelligenz. Aber die NSA fürchtet die Auswirkungen auf die nationale Sicherheit.

"Die Anwendung von Quantentechnologien zu Verschlüsselungsalgorithmen droht dramatisch die Fähigkeit der US-Regierung Einfluss auf sowohl ihre Kommunikation schützen und über die Mitteilungen von ausländischen Regierungen belauschen", nach einem internen Dokument von Snowden zur Verfügung gestellt.

Experten sind sich nicht sicher, wie schnell ein Quantencomputer möglich wäre. Vor einem Jahrzehnt, sagten einige Experten, dass eine große Quantencomputer zu 10 Jahren wahrscheinlich 100 in die Zukunft war die Entwicklung. Vor fünf Jahren, Lloyd sagte, das Ziel mindestens 10 Jahre weg war.

Im vergangenen Jahr Jeff Forshaw, Professor an der University of Manchester, sagte der britischen Zeitung Guardian: "Es ist wahrscheinlich zu früh auf, wenn Quantencomputer das erste Full-Scale wird zu spekulieren, ist gebaut, aber die jüngsten Fortschritte gibt an, dass es allen Grund zu sein optimistisch."

"Ich glaube nicht, wir sind wahrscheinlich die Art der Quantencomputer haben die NSA innerhalb von mindestens fünf Jahren will, in Ermangelung eines bedeutenden Durchbruch vielleicht viel länger", sagte Lloyd The Washington Post kürzlich in einem Interview.

Einige Unternehmen behaupten jedoch bereits, kleine Quantencomputer zu produzieren. Eine kanadische Firma, D-Wave Systems , Sagt es macht Quantencomputer seit 2009 wurde. In 2012, verkaufte es ein $ 10 Millionen Version zu Google, NASA und der Universities Space Research Association, nach Nachrichten.

Dass Quantencomputer würde jedoch nie zum Brechen Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel wie RSA nützlich sein.

"Auch wenn alles, was sie behaupten, richtig ist, kann dieser Computer durch sein Design nicht laufen Shor-Algorithmus", Sagte Matthew Green, ein Forschungs-Professor an der Johns Hopkins University Information Security Institute, dem Algorithmus bezieht, die eine Verschlüsselung wie RSA zu brechen verwendet werden könnten.

Experten glauben, dass eine der größten Hürden-Verschlüsselung mit einem Quantencomputer zu brechen einen Computer mit genügend Qubits baut, was angesichts der sehr fragilen Zustand von Quantencomputern schwierig ist. Bis Ende September wird die NSA einige Bausteine ​​in der Lage sein zu erwarten haben, die es in einem Dokument beschrieben als "dynamische Entkopplung und vollständige Quantenkontrolle über zwei Halbleiter-Qubits."

"Das ist ein großer Schritt, aber es ist ein ziemlich kleiner Schritt auf dem Weg eine groß angelegte Quantencomputer zu bauen", sagte Lloyd.

Ein Quantencomputer, der in der Lage ist, die Kryptographie zu brechen, braucht Hunderte oder Tausende mehr qubits als das.

Das Budget für das National Intelligence Program, gemeinhin als das "schwarze Budget", beschreibt die "Penetrating harte Ziele" Projekt und stellte fest, dass dieser Schritt "anfängliche Skalierung auf große Systeme in verwandten ermöglichen und Follow-on-Bemühungen."

Ein weiteres Projekt, genannt "Der Besitz der Net" Quantenforschung wird mit der Schaffung von quantenbasierte Angriffe auf Verschlüsselungen wie RSA zu unterstützen, zeigen Dokumente.

"Die Ironie des Quanten-Computing ist, dass, wenn Sie jemand den Bau eines Quantencomputers vorstellen kann, die Verschlüsselung ein paar Jahrzehnte in die Zukunft brechen kann, dann müssen Sie jetzt besorgt sein", sagte Lidar.

Copyright: The Washington Post

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