Quantum computing is about to make big trouble for cybersecurity
“Spooky action at a distance” is how Albert Einstein described one of the key principles of quantum mechanics: entanglement.
Entanglement occurs when two particles become related such that they can coordinate their properties instantly even across a galaxy. Think of wormholes in space or Star Trek transporters that beam atoms to distant locations. Quantum mechanics posits other spooky things too: particles with a mysterious property called superposition, which allows them to have a value of one and zero at the same time; and particles’ ability to tunnel through barriers as if they were walking through a wall.
量子コンピュータの登場でサイバーセキュリティが大問題に
「遠隔怪作用」とは量子力学の一基本原理である「量子エンタングルメント（もつれ）」に対するAlbert Einstein博士の表現である。
エンタングルメントは2個の粒子が関連付き、例え銀河を挟むほどに遠く離れていたとしても瞬時に属性が同期すると発生する。宇宙のワームホールや原子を遠隔地にビームするスタートレックの転送装置を考えてみてください。量子力学には他にも不可解なことがある。重ね合わせと呼ばれる不可解な属性を持つ粒子で、1と0の測定値を同時に持つことができ、この粒子はあたかも歩いて壁を通り抜けるがごとく障害物をトンネルで通り抜けることができるのだ。
All of this seems crazy, but it is how things operate at the atomic level: The laws of physics are different. Einstein was so skeptical about quantum entanglement that he wrote a paper in 1935 titled “Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?” He argued that it was not possible.
In this, Einstein has been proven wrong. Researchers recently accessed entangled information over a distance of 15 miles. They are making substantial progress in harnessing the power of quantum mechanics.
Einstein was right, though, about the spookiness of all this.
信じ難いことだが、これは原子レベルで起きる現象である。物理の法則は独特だ。Einstein氏は、量子もつれに懐疑的だったため、1935年に「物理的実体において、量子力学記述は完全であると言えるか？」と題した論文を書いており、不完全だと結論付けている。
これに関しては、Einstein氏が間違っていることが証明されている。研究者は最近、量子もつれを利用して15マイル離れた通信に成功している。彼らは量子力学を十分に活用している。
このあらゆる全ての不気味さに関しては、Einstein氏の言う通りだった。
Quantum mechanics is now being used to construct a new generation of computers that can solve the most complex scientific problems — and unlock every digital vault in the world. These will perform in seconds computations that would have taken conventional computers millions of years. They will enable better weather forecasting, financial analysis, logistical planning, search for Earth-like planets, and drug discovery. And they will compromise every bank record, private communication, and password on every computer in the world — because modern cryptography is based on encoding data in large combinations of numbers, and quantum computers can guess these numbers almost instantaneously.
現在、量子力学は最も複雑な科学的諸問題を解決する次世代コンピュータの開発に利用されており、機密情報を管理する世界中のどんな電子ボールトも解錠することができる。次世代コンピュータを使えば、従来型のコンピュータでは何百万年もかかる計算が数秒でできてしまう。次世代コンピュータを使えば、天気予報、財務分析、物流計画の改善や地球に似た惑星の捜索や新薬の発見が可能になる。その一方で、現代の暗号作成法は、データを大量の数字の組み合わせで記号化する方式をとっており、量子コンピュータなら瞬時にこれらの数字を予想できるため、銀行の記録やプライベートなやりとり、そして世界中にあるコンピュータのパスワードが危険にさらされることになる。
There is a race to build quantum computers, and (as far as we know) it isn’t the NSA that is in the lead. Competing are big tech companies such as IBM, Google, and Microsoft; startups; defense contractors; and universities. One Canadian startup says that it has already developed a first version of a quantum computer. A physicist at Delft University of Technology in the Netherlands, Ronald Hanson, told Scientific American that he will be able to make the building blocks of a universal quantum computer in just five years and a fully-functional demonstration machine in a little more than a decade.
量子コンピュータの開発競争は始まっており、我々が知る限り、リードしているのはNSA（米国家安全保障局）ではない。競争しているのはIBM、Google、Microsoftのような大手テクノロジー企業やベンチャー企業、軍需産業、そして大学である。あるカナダのベンチャー企業は既に量子コンピュータの第1弾の開発に成功したと言う。オランダのDelft University of Technologyの物理学者Ronald Hanson博士は、汎用量子コンピュータの構成要素は5年もあれば作れてしまうし、完全に機能するデモ用機でも10年ちょっとあれば作れてしまう、とScientific Americaに語った。
These will change the balance of power in business and cyber-warfare. They have profound national-security implications, because they are the technology equivalent of a nuclear weapon.
Let me first explain what a quantum computer is and where we are.
これらは、ビジネスとサイバー戦争におけるパワーバランスを変えるだろう。それらは国家安全保障に対する大きな影響力持っている。なぜなら、核兵器と同等のテクノロジーだからだ。
まず、量子コンピューターとは何か、そして私たちはどのような立場にいるのか説明しよう。
In a classical computer, information is represented in bits, binary digits, each of which can be a 0 or 1. Because they only have only two values, long sequences of 0s and 1s are necessary to form a number or to do a calculation. A quantum bit (called a qbit), however, can hold a value of 0 or 1 or both values at the same time — a superposition denoted as “0+1.” The power of a quantum computer increases exponentially with the number of qubits. Rather than doing computations sequentially as classical computers do, quantum computers can solve problems by laying out all of the possibilities simultaneously and measuring the results.
従来型のコンピュータでは、情報は0か1に置き換えることのできるビットや2進法で表されている。2つの値しかないため、数を表現したり計算するには、0や1の羅列が必要になってくる。しかしqbit（量子ビット）は、0か1もしくは、同時に両方の値を重ね合わせた“0+1”で表すことができる。量子コンピュータの能力はqbit数とともに飛躍的に伸びる。量子コンピュータは、従来型のコンピュータのように連続的に計算を行い結果を導き出すのではなく、全ての可能性を同時に提示しながら結果を導き出すことができる。
Imagine being able to open a combination lock by trying every possible number and sequence at the same time. Though the analogy isn’t perfect — because of the complexities in measuring the results of a quantum calculation — it gives you an idea of what is possible.
ダイヤル錠が全ての数字の並びの組合わせを試すことで解錠できることをイメージしてみてください。この例えは完璧というわけではありませんが（量子計算の結果比較は複雑なので）、何ができるのかが分かるかと思います。
There are many complexities in building a quantum computer: challenges in finding the best materials from which to generate entangled photon pairs; new types of logic gates and their fabrication on computer chips; creation and control of qubits; designs for storage mechanisms; and error detection. But breakthroughs are being announced every month. IBM, for example, just announced that it has found a new way to detect and measure quantum errors and has designed a new qubit circuit that, in sufficient numbers, will form the large chips that quantum computers will need.
量子コンピュータの開発は単純ではない。もつれた光子対を発生させるのに最適な材料、コンピュタに搭載する新しいタイプのロジックゲートとその製造方法、qubitの製造やその制御方法、記憶装置の開発やエラー検出の方法等を探し出す必要がある。しかし、その突破口となる情報は毎月発表されている。例えばIBMは、わずかなエラーを検出し評価する方法を見つけ、また量子コンピュータに必要な大型チップ用に多くの新しいqubit回路を開発したことを発表したばかりだ。
Most researchers I have spoken to say that it is a matter of when — not whether — quantum computing will be practical. Some believe that this will be as soon as five years; others say 20 years. IBM said in April that we’ve entered a golden era of quantum-computing research and predicted that the company would be the first to develop a practical quantum computer.
私が話を聞いた研究者のほとんどは、量子コンピュータの実用化は時間の問題と言う。（可否ではなく）
5年後にはと考える者もいれば、20年くらいかなという者もいた。IBMは4月に「量子コンピュータ研究は黄金時代に入った。そして実用化量子コンピュータを最初に開発するのは我々だと思っている」と述べた。
