Perché è importante la stima delle risorse?
Nel calcolo quantistico, la stima delle risorse è la possibilità di comprendere le risorse necessarie per eseguire un determinato algoritmo. Le risorse sono, ad esempio, il numero di qubit, il numero di gate quantistici e il tempo di elaborazione.
In questa unità si apprenderà perché è importante stimare queste risorse prima di eseguire un algoritmo in un computer quantistico.
Quanto tempo è necessario per eseguire un algoritmo quantistico?
I computer quantistici hanno il potenziale del vantaggio quantistico per risolvere problemi scientificamente e di valore commerciale. Ad esempio, una delle principali applicazioni per il calcolo quantistico consiste nell'interrompere la crittografia. L'algoritmo di crittografia RSA si basa su quanto sia difficile considerare un numero molto elevato in un prodotto di due numeri primi di grandi dimensioni. Un computer quantistico può tenere conto di numeri di grandi dimensioni in modo esponenziale rispetto a un computer classico.
Quindi, la domanda è, quanto tempo è necessario per eseguire un algoritmo quantistico che interrompe la crittografia in un computer quantistico reale? O in altre parole, le mie password sono ancora sicure in un mondo con computer quantistici buoni?
La verità è che le risorse necessarie per eseguire un algoritmo quantistico in un computer quantistico scalabile futuro variano per diversi scenari di calcolo. I fattori che influiscono sui requisiti delle risorse includono il tipo di qubit, lo schema di correzione degli errori e altre scelte di progettazione dell'architettura.
Azure Quantum Resource Estimator è uno strumento che consente di stimare le risorse necessarie per eseguire un algoritmo quantistico per un computer quantistico con scalabilità futura. Ad esempio, Lo strumento di stima delle risorse può stimare le risorse necessarie per interrompere un particolare algoritmo di crittografia.
Il diagramma seguente mostra il runtime stimato e il numero di qubit necessari per interrompere diversi algoritmi di crittografia per diversi tipi di qubit. Ecco i componenti del diagramma:
- Algoritmi di crittografia classici, che sono RSA (blu), Curva ellittica (verde) e Advanced Encryption Standard (rosso).
- Livello di attendibilità della chiave, impostato su massimo.
- Tipi qubit, che sono topologici (cerchio) e superconduttori (triangolo).
- Frequenza degli errori qubit, impostata su ragionevole.
Il diagramma mostra che il numero di qubit e runtime necessari per interrompere l'algoritmo di crittografia AES (Advanced Encryption Standard) è significativamente superiore rispetto agli algoritmi Elliptic Curve e RSA. Il diagramma mostra anche che le risorse necessarie per interrompere tutti e tre gli algoritmi di crittografia sono superiori per i qubit superconduttori rispetto ai qubit topologici. Per altre informazioni sul diagramma, vedere Analizzare i protocolli di crittografia con Lo strumento di stima delle risorse.
Tenendo presente questo aspetto, Lo strumento di stima delle risorse consente di analizzare l'impatto del calcolo quantistico sulla sicurezza di alcuni metodi di crittografia classici e prepararsi per un futuro quantistico sicuro.
Perché la stima delle risorse è importante nel calcolo quantistico?
È importante comprendere l'impatto delle scelte di progettazione dell'architettura hardware e degli schemi di correzione degli errori quantistici per applicazioni specifiche. La stima delle risorse consente di rispondere a diverse domande. Ad esempio, quanto grande deve essere un computer quantistico per ottenere un vantaggio quantistico pratico? Quanto tempo richiede il calcolo? Alcune tecnologie qubit sono più adatte rispetto ad altre per il problema che si vuole risolvere? Quali sono le scelte di architettura migliori negli stack hardware e software per supportare il calcolo quantistico con scalabilità?
Lo strumento di stima delle risorse consente di comprendere il numero di qubit necessari per eseguire un'applicazione, il tempo necessario per l'esecuzione dell'applicazione e le tecnologie qubit più adatte per risolvere un problema specifico. Quando si conoscono questi requisiti, è possibile preparare e perfezionare le soluzioni quantistice da eseguire in computer quantistici futuri e ridimensionati.