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NSA는 '대부분의 암호화 유형을 해독'하기 위해 양자 컴퓨터를 구축하는 것을 목표로합니다.

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실물전자파 누출로부터 보호되는 방 크기의 금속 상자에서 NSA는 전 세계 은행, 의료, 비즈니스 및 정부 기록을 보호하는 데 사용되는 거의 모든 종류의 암호화를 해독할 수 있는 컴퓨터를 구축하기 위해 경쟁하고 있습니다.전 NSA 계약자 Edward Snowden이 제공한 문서에 따르면 "암호학적으로 유용한 양자 컴퓨터"(기존 컴퓨터보다 기하급수적으로 빠른 기계)를 구축하려는 노력은 'Penetrating Hard Targets'라는 제목의 79.7만 달러 연구 프로그램의 일부입니다. 대부분의 작업은 기밀 계약에 따라 실험실 칼리지 파크, 메릴랜드

양자 컴퓨팅의 선구자로 널리 알려진 고 노벨상 수상자 Richard Feynman은 "양자 역학을 이해한다고 생각한다면 양자 역학을 이해하지 못하는 것"이라고 말했습니다. 과학 비디오 블로그 Vertiasium은 이를 이해하는 데 도움을 주려고 합니다.

양자 컴퓨터의 개발은 NSA의 암호 해독 임무뿐만 아니라 의학과 같은 분야에 대한 혁신적인 의미와 함께 오랫동안 과학계의 많은 목표였습니다. 이러한 기술을 사용하면 국가 기밀을 보호하는 데 사용되는 유형뿐만 아니라 많은 보안 웹 사이트에서 사용되는 공개 키 암호화의 모든 현재 형식이 깨질 것입니다.

물리학자와 컴퓨터 과학자들은 NSA의 노력이 최고의 민간 연구실보다 더 발전했는지에 대해 오랫동안 추측해 왔습니다. 기관 연구의 전체 범위는 알려지지 않았지만 Snowden이 제공한 문서에 따르면 NSA는 과학계의 다른 기관보다 성공에 가깝지 않습니다.

매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 전기 공학 및 컴퓨터 과학 부교수인 Scott Aaronson은 "NSA가 아무도 모르게 열린 세상에서 그렇게 멀리 앞서 있을 수 있을 것 같지 않습니다."라고 말했습니다.

NSA는 유럽연합(EU)과 스위스 정부가 후원하는 양자컴퓨팅 연구소와 막상막하의 경쟁을 펼치고 있지만, 꾸준한 진전을 보이고 있지만 즉각적인 돌파구는 거의 보이지 않는 것으로 보입니다.

한 NSA 문서에서는 "지리적 범위가 전 세계적인 노력에서 유럽 연합과 스위스에 대한 개별적인 초점으로 좁혀졌습니다."라고 말합니다.

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MIT 양자기계공학과 교수인 Seth Lloyd는 NSA의 초점이 잘못된 것이 아니라고 말했습니다. 그는 "EU와 스위스는 지난 XNUMX년 동안 상당한 발전을 이루었고 양자 컴퓨팅 기술에서 미국을 따라잡았다"고 말했다.

NSA는 이 기사에 대한 언급을 거부했습니다.

그러나 문서는 전자파 에너지가 들어오고 나가는 것을 방지하도록 설계된 패러데이 케이지로 알려진 크고 차폐된 방에서 연구의 일부를 수행하고 있음을 나타냅니다. 한 간략한 설명에 따르면 "섬세한 양자 컴퓨팅 실험을 계속 실행하기 위해" 필요합니다.

[양자 컴퓨팅 노력과 관련된 분류 수준을 설명하는 문서 읽기]

양자 컴퓨팅의 기본 원리는 물체가 모든 상태에서 동시에 존재한다는 개념인 "양자 중첩"으로 알려져 있습니다. 고전적인 컴퓨터는 XNUMX 또는 XNUMX인 이진 비트를 사용합니다. 양자 컴퓨터는 XNUMX과 XNUMX이 동시에 존재하는 양자 비트 또는 큐비트를 사용합니다.

불가능해 보이는 이 불가능성은 이론물리학자조차 아무도 완전히 이해하지 못한다고 말하는 양자 이론의 핵심에 있는 미스터리의 일부입니다.

"양자역학을 이해한다고 생각한다면 양자역학을 이해하지 못하는 것입니다." 고 노벨상 수상자가 말했습니다. 리처드 파인만, 양자 컴퓨팅의 선구자로 널리 알려져 있습니다.

이론상 작동 방식은 다음과 같습니다. 기존 컴퓨터는 아무리 빠르더라도 한 번에 하나의 계산을 수행해야 하지만 양자 컴퓨터는 때때로 문제 해결에 불필요한 계산을 수행하지 않아도 됩니다. 이를 통해 훨씬 더 빠르고 효율적으로 정답을 찾을 수 있습니다.

양자 컴퓨팅은 그러한 컴퓨터의 깨지기 쉬운 특성 때문에 달성하기 어렵습니다. 이론적으로 그러한 컴퓨터의 빌딩 블록에는 개별 원자, 광자 또는 전자가 포함될 수 있습니다. 컴퓨터의 양자 특성을 유지하려면 이러한 입자를 외부 환경에서 신중하게 격리해야 합니다.

"양자 컴퓨터는 매우 섬세하기 때문에 환경으로부터 보호하지 않으면 계산이 무용지물이 될 것입니다."라고 전기 공학 교수이자 양자 정보 과학 기술 센터장인 Daniel Lidar는 말했습니다. 서던캘리포니아대학교.

작동하는 양자 컴퓨터는 작성자의 이니셜을 따서 명명된 RSA로 알려진 표준을 포함하여 오늘날 사용되는 가장 강력한 암호화 도구를 쉽게 깨뜨릴 수 있는 문을 열 것입니다. RSA는 공유 암호를 사용하지 않고도 의도된 수신자 이외의 사람이 통신을 읽을 수 없도록 스크램블합니다. 일반적으로 금융 거래 및 암호화된 전자 메일을 보호하기 위해 웹 브라우저에서 사용됩니다. RSA는 두 개의 큰 소수의 곱을 인수분해하는 것이 어렵기 때문에 사용됩니다. 암호화를 깨는 것은 이 두 숫자를 찾는 것과 관련이 있습니다. 이는 기존 컴퓨터에서는 합리적인 시간 내에 수행할 수 없습니다.

2009년에 고전적인 방법을 사용하는 컴퓨터 과학자들은 소수를 발견하다 768비트 숫자 내에서 하지만 그것을 인수분해하는 데 거의 1,000년과 수백 대의 컴퓨터가 걸렸습니다. 과학자들은 온라인 거래에 일반적으로 사용되는 1,024비트 암호화 키를 해독하는 데 XNUMX배 더 오래 걸릴 것으로 추정했습니다.

그러나 대규모 양자 컴퓨터는 이론적으로 1,024비트 암호화를 훨씬 더 빨리 깨뜨릴 수 있습니다. 일부 유수의 인터넷 기업들이 2,048비트 키로 이동하고 있지만 이들조차 양자 컴퓨터로 빠른 복호화에 취약한 것으로 여겨진다.

양자 컴퓨터는 인공 지능 생성을 포함하여 오늘날의 과학계에 많은 응용 프로그램을 제공합니다. 그러나 NSA는 국가 안보에 대한 영향을 두려워합니다.

Snowden이 제공한 내부 문서에 따르면 "암호화 알고리즘에 양자 기술을 적용하면 통신을 보호하고 외국 정부의 통신을 도청할 수 있는 미국 정부의 능력에 큰 영향을 미칠 수 있습니다."

전문가들은 양자 컴퓨터가 얼마나 빨리 실현될 수 있을지 확신하지 못합니다. 10년 전 일부 전문가들은 대형 양자컴퓨터 개발이 100~10년 후가 될 가능성이 높다고 말했다. XNUMX년 전, Lloyd는 목표가 적어도 XNUMX년 뒤에 있다고 말했습니다.

지난해 맨체스터 대학의 제프 포쇼 교수는 영국 가디언지와의 인터뷰에서 “최초의 본격적인 양자 컴퓨터가 언제 만들어질지 추측하기에는 너무 이르지만 최근의 진전은 그럴만한 충분한 이유가 있음을 보여준다”고 말했다. 낙관적인."

Lloyd는 워싱턴 포스트와의 최근 인터뷰에서 “중요한 돌파구가 없다면 NSA가 원하는 유형의 양자 컴퓨터를 최소 XNUMX년 이내에 보유할 가능성은 없다고 생각합니다.”라고 워싱턴 포스트에 말했습니다.

그러나 일부 회사는 이미 소형 양자 컴퓨터를 생산하고 있다고 주장합니다. 캐나다 기업, D-웨이브 시스템 , 2009년부터 양자 컴퓨터를 만들고 있다고 합니다. 뉴스 보도에 따르면 2012년에는 Google, NASA 및 대학 우주 연구 협회에 천만 달러 버전을 판매했습니다.

그러나 그 양자 컴퓨터는 RSA와 같은 공개 키 암호화를 깨는 데 결코 유용하지 않습니다.

"그들이 주장하는 모든 것이 옳다고 해도 그 컴퓨터는 설계상 실행할 수 없습니다. 쇼어 알고리즘”라고 Johns Hopkins University Information Security Institute의 연구 교수인 Matthew Green은 RSA와 같은 암호화를 해독하는 데 사용할 수 있는 알고리즘을 언급했습니다.

전문가들은 양자 컴퓨터로 암호화를 해제하는 데 가장 큰 장애물 중 하나가 충분한 큐비트로 컴퓨터를 구축하는 것이라고 생각하는데, 이는 양자 컴퓨터의 매우 취약한 상태를 고려할 때 어렵습니다. XNUMX월 말까지 NSA는 문서에서 "XNUMX개의 반도체 큐비트에 대한 동적 분리 및 완전한 양자 제어"라고 설명된 일부 빌딩 블록을 가질 수 있을 것으로 예상했습니다.

Lloyd는 "대단한 단계이지만 대규모 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 아주 작은 단계입니다."라고 말했습니다.

암호화를 해독할 수 있는 양자 컴퓨터는 그보다 수백 또는 수천 큐비트가 더 필요합니다.

일반적으로 "검은 예산"이라고 하는 국가 정보 프로그램의 예산은 "하드 타겟 침투" 프로젝트를 자세히 설명하고 이 단계는 "관련 및 후속 노력에서 대규모 시스템으로의 초기 확장을 가능하게 할 것"이라고 언급했습니다.

"Owning the Net"이라는 또 다른 프로젝트는 RSA와 같은 암호화에 대한 양자 기반 공격 생성을 지원하기 위해 양자 연구를 사용하고 있다고 문서에서 보여줍니다.

"양자 컴퓨팅의 아이러니는 누군가가 수십 년 후의 암호화를 깨뜨릴 수 있는 양자 컴퓨터를 구축하는 것을 상상할 수 있다면 지금 당장 걱정해야 한다는 것입니다."라고 Lidar는 말했습니다.

저작권 : 워싱턴 포스트

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