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Eine Evaluierung von Quantenalgorithmen auf klassischer Hardware unter Verwendung des CuQuantum Frameworks

Datum:

Forscher der Virginia Tech haben einen Fachartikel mit dem Titel „Simulating Noisy Quantum Circuits for Cryptographic Algorithms“ veröffentlicht.

Abstract:

„Das Aufkommen von NISQ-Computern (Noisy Intermediate Scale Quantum) hat wichtige Konsequenzen für kryptografische Algorithmen. Es ist theoretisch gut belegt, dass Schlüsselalgorithmen, die in der Cybersicherheit verwendet werden, für Quantencomputer anfällig sind, da theoretische Sicherheitsgarantien, die auf der algorithmischen Komplexität klassischer Computer basieren, für Quantenschaltungen nicht ausreichen. Es wurden viele verschiedene Quantenalgorithmen entwickelt, die potenziell breite Anwendungsmöglichkeiten für zukünftige Computersysteme haben. Dieses Potenzial hängt jedoch von der weiteren Reifung der Quantenhardware ab, die weiterhin ein Bereich aktiver Forschung und Entwicklung ist. Theoretische Grenzen stellen eine Obergrenze für die Leistung von Algorithmen dar. In der Praxis können Bedrohungen der Verschlüsselung nur im Kontext der sich schnell entwickelnden Hardware- und Softwarelandschaft genau eingeschätzt werden. Unter Software-Codesign versteht man das gleichzeitige Design von Software und Hardware als eine Möglichkeit, die Grenzen aktueller Fähigkeiten zu verstehen und wirksame Strategien zur Weiterentwicklung des Stands der Technik zu entwickeln. Da die Fähigkeiten der klassischen Berechnung derzeit die Quantenfähigkeiten übertreffen, können Quantenemulationstechniken eine wichtige Rolle im Co-Design-Prozess spielen. In diesem Artikel beschreiben wir, wie die cuQuantum-Umgebung Co-Design-Aktivitäten für Quantenalgorithmen mithilfe allgemein verfügbarer Standardhardware unterstützen kann. Wir beschreiben, wie Emulationstechniken verwendet werden können, um die Auswirkungen von Rauschen auf interessierende Algorithmen zu bewerten und Einschränkungen zu identifizieren, die mit aktueller Hardware verbunden sind. Wir präsentieren unsere Analyse im Kontext von Schwerpunktbereichen der Cybersicherheit und insbesondere der Kryptographie, da diese Algorithmen für die Sicherung von Informationen in der digitalen Welt von außerordentlicher Bedeutung sind.“

Finden Sie die technisches Papier hier. Veröffentlicht: Juni 2023 (Vorabdruck).

Harshvardhan, Sahay, Sanil Jain, James E. McClure, Caleb McIrvin und Ngoc Quy Tran. „Simulation verrauschter Quantenschaltungen für kryptografische Algorithmen.“ arXiv-Vorabdruck arXiv: 2306.02111 (2023).

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