ジェレミー・クック
あなたはその誇大宣伝を聞いたことがあるでしょう。量子コンピューティングは、これまでのすべてのコンピューターを時代遅れにし、病気を治し、暗号化を終わらせるコンピューターを提供します。私たちは興奮すべきでしょうか、それとも恐怖すべきでしょうか?この記事では、この驚異的なテクノロジーの基礎、実際の応用、限界、そしてそれが実際に情報セキュリティの将来にどのような影響を与える可能性があるかについて説明します 。
量子コンピューティングとは何ですか?
IBMの定義によると、量子コンピューティングは「量子力学の法則を利用して、従来のコンピューターでは複雑すぎる問題を解決する、急速に発展しているテクノロジーです」。従来の (つまり、 トランジスタ ベースの) コンピューティング テクノロジーは、意思決定に1と0に依存していますが、量子コンピューターは、代わりに量子ビットまたは「キュービット」を基本的な情報単位として使用します。各量子ビットは、トランジスタのオン/オフの二分法よりもはるかに多くの情報を処理できます。量子ビットはエンタングルメントと呼ばれるプロセスを介して相互に作用し、量子ビットが追加されるごとに量子コンピューターの性能が飛躍的に向上します。
この指数関数的な動作によれば、20個のトランジスタ ベースのビット (1/0) で構成される計算デバイスは、1ビット単体の20倍の能力 (計算上は比較的小さい) を持ち、一方、20個の量子ビットは1量子ビットの2^20 (つまり約100万) 倍の能力を持つことになります。言い換えれば、10個のエンタングルメント量子ビットは16,000個の従来のビットに相当し、500個のエンタングルメント量子ビットは既知の宇宙にある原子の数よりも多くの値を保存できます。
この技術を真に理解するのは途方もない作業です。さて、この短い紹介を踏まえて、量子コンピューティングの潜在的な応用と影響について考えてみましょう。
量子コンピューティングの応用
1980年代、物理学者リチャード・ファインマンは量子処理を使用して量子物理学をモデル化するというアイデアを思いつき、量子コンピュータの概念とその最初の理論的応用が誕生しました。結局のところ、もつれ合った量子ビットを使用する量子コンピューティングは、暗記した数学計算のための素晴らしいツールであり、この新しいコンピューティングパラダイムにより、他の方法では解決できなかった問題に対する答えを次々と生み出す（または、クランクをすべてのポイントに同時に配置することができる）ことができます。
量子コンピューティングの潜在的な実用的応用としては、暗号化（次のセクションでさらに詳しく説明します）や、これまで解決が困難または不可能であった医療上のジレンマに対する答えを見つけることなどが挙げられます。COVID-19の流行の最中に採用されたFolding at Homeの分散コンピューティング セットアップを考えてみましょう。このセットアップでは、新しい治療法の開発を支援するために膨大なリソースが投入されました。量子コンピュータをこのようなタスクにうまく適用すれば、そのような計算を簡単に実行できる可能性があります。
量子コンピューターは、膨大なゲノムデータセットを分析するためにも使用でき、医師がさまざまな病気の治療計画を個別化するのに役立ちます。
もちろん、どんな新しいテクノロジーでもそうですが、いわゆるハンマーを手に入れれば、人々はすぐに釘で打ち付けられるものをもっと見つけ出すでしょう。今日の量子コンピューティングの限界の1つは、従来のコンピューティングには、問題x、y、zの解決策を作成するために利用できる何十年にも及ぶ知識とソフトウェア ツールがあることです。量子コンピューティングに関する私たちの集合的な知識とツールセットははるかに限られているため、アプリケーションは可能かもしれませんが、それを実現する (そして確実に実現する - エラーは依然として問題です) ことは困難です。
同時に、AIの進歩 (潜在的には量子コンピューティングと組み合わせる) は、これらのプログラミングの障壁を克服するのに役立ちます。量子コンピューティングは核融合のような遠い未来の技術ではありません。それは現在機能している技術です。IBMのレンタル量子サービスを通じて量子コンピューターと対話することもできます。これを、昔のメインフレームの類似物である量子クラウド コンピューティング (つまり、トランジスタ コンピューターが中央の量子ハブと対話し、生成された結果を返す量子クラウド ソリューション) と考えてください。
量子セキュリティ
今日の最先端のコンピューティング技術を使用して強力な（例：256ビット） 暗号化 を解読するには、数十億年かかる可能性があります。しかし、量子コンピューティングが適切に活用されれば、そのような暗号化をはるかに短時間で解読でき、今日のセキュリティ手順の価値を低下させる可能性がある。暗号化されたファイルを量子アルゴリズムに通すと、内部の秘密が解読され、すぐに利用できるようになります。
この問題は、例えばスパイの秘密文書の山を破るよりも広範囲に及んでいます。Webトラフィックは通常、 公開キー暗号化によって保護されており、コンピューターとサーバーは、他人に盗聴されることなく情報を送受信できます。暗号化が破られると、銀行情報、健康記録、猫の写真など、すべての情報が閲覧可能になります。Webの基盤となるインフラストラクチャの安全性は大幅に低下するでしょう。
また、今日保存されたデータは後で復号化される可能性があることも考慮してください。これにより、理論上は「Harvest Now, Decrypt Later」攻撃が発生し、データは単に傍受され、解読されるまで保存されます。こうしたセキュリティを破ろうとする国家主体は、20年前の兵器システムや引退したスパイに関する情報を入手するかもしれないし、あるいは暗号解読技術がもっと早く登場したり、今すぐにでも利用可能（かつ秘密裏に）になる可能性もある。
（願わくば）良いニュースは、量子コンピューティングの復号化手法に耐えられる、暗号耐性アルゴリズムの開発に組織が取り組んでいることです。これによって、すでに悪意を持って傍受され、後で使用するために保存されている暗号化データの問題が解決されるわけではありませんが、少なくとも今後この潜在的な問題を軽減することができます。もちろん、量子サイバーセキュリティ暗号化プロトコルを確立すると、次に何が起こってもそれが保護されるのか疑問に思うはずです。おそらく、暗号化の俊敏性と、現在の保護レベルに決して満足しないことが、あらゆる安全な運用の包括的なテーマとなるはずです。
量子コンピューティングの未来: 私たちが最終的に理解することになる素晴らしい新世界… ?
量子コンピューティング は、最も経験豊富なエンジニアでさえも困惑させる可能性があります。量子テレポーテーションは言うまでもなく、これにより、数マイル/キロメートルにわたって2つのエンタングルされた量子ビット間で情報を共有できるようになります (残念ながら、これは光より速い通信を意味するものではありません)。全体のコンセプトは神秘的に思えるかもしれません。
この技術を根本的に理解するための学習曲線は、量子コンピューティングの広範な使用に対する大きな障壁となります。一方、2023年10月の ウォール ストリート ジャーナルの記事で述べられているように、蒸気機関は熱力学が理解されるずっと前に発明されたことを考えてみましょう。また、機関車に適用されたのはそれから1世紀も後のことでした。
量子コンピューティング、あるいはAIと量子コンピューティングの組み合わせは、同様の道をたどり、その計算ツールを継続的な改善や、私たち人間を教育するために使用する可能性はあるでしょうか?あるいは、そのような計算は、私たちが合理的に理解できる範囲を超えて、今後も改善され続けるかもしれません。そのような未来は、あなたがどのSFの未来を信じるかによって、幻想的なものにもディストピア的なものにもなり得ます。
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