量子计算机vs黑客 第一回合开始!

作者:星期三, 二月 1, 20170
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本周,中华民族欢欢喜喜过大年的时候,D-Wave,新兴量子计算领域领头羊,揭开了其最新机器 D-Wave 2000Q 的神秘面纱,以及该机器的首位客户:网络安全公司 Total Digital Security(TDS)。

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D-Wave 2000Q拥有2000量子位和新的控制功能,并继续保持D-Wave每两年就提升一倍其量子处理器(QPU)量子位数量的记录。这是量子技术第一次被用于对抗网络犯罪,如果奏效,将能重塑安全分析师保护网络的方式。现世防御系统将以量子计算机迎来安全通信革命。

在我们日常使用的计算机中,一比特信息要么存储“1”要么存储“0”,我们所有的数据都是“0”和“1”编码构成的。通过使用量子力学属性,比如纠缠和叠加,量子计算跳出了这个框架,能够在一个“量子位”上同时存储“0”和“1”。每量子位可存储更多数据的特性,使量子计算机理论上能够比现有系统快上几个数量级。

但量子计算机很难建造,而且现有的量子计算机也尚未达到理论上的计算能力。这些设备需要隔离各种干扰,例如振动或无线电波,以便量子位能保持其量子力学状态不“走调”——丧失其特性而展现经典力学性质。为创建这种隔离,制造商们使用了防震器和极度寒冷(接近绝对零度)等措施来隔绝量子计算机芯片。但即便设备能很大程度上保持一致,量子数据也是脆弱的,极易产生错误。

得从其他地方着手。D-Wave公司位于加拿大不列颠哥伦比亚省,自1999年起就在开发量子计算机,但到2011年5月才发布了世界上第一款商用量子计算机,运行在128量子位的芯片组上。其早期机型的客户从洛克希德马丁公司到谷歌到洛斯阿拉莫斯国家实验室都有,NASA也是其主要客户之一。

2013年5月,该公司与NASA、谷歌和大学空间研究协会(USRA)合作,成立量子人工智能实验室,开发出512量子位的量子计算机 D-Wave Two, 用以进行机器学习研究。

2015年8月,通用型 D-Wave 2X 系统发布,拥有1000+个量子位。同年9月,该系统安装到了NASA艾姆斯研究中心的量子人工智能实验室。

换句话说,D-Wave系统的发售稀少而间隔悠长。而现在,打造硬软件安全产品的网络安全公司TDS,将成为其寻求从下一代计算中获取更好结果的首家私营安全公司。

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量子跃迁

专家曾预测,量子计算机可打破现在在用的最难主流加密策略;指数级增长的处理速度,将最终破解掉那些当前困于计算难度的协议。然而,量子计算的早期商业价值,却并不在攻击方面,更多在于帮助束手无策的安全分析师发现事件,并进行判定和决策。IBM估测,公司企业平均每天要筛查200,000个安全事件;这绝对超出了人类团队独自处理的能力,而且随时间流逝产生的大量数据也给传统计算机形成了巨大挑战。

AI解决方案已经在处理该问题,尤其是IBM的沃森超级计算机。总会有人将量子计算应用到安全数据上的。D-Wave的计算机能比传统数字计算机更快地解决大量数据分析和优化问题。TDS希望该技术的应用能转化为更好的网络建模能力,提升可见性,更好地看清漏洞所在及其成因;并产生更强的威胁建模能力以发现风险,安排处理过程。也有其他人在按这种方式尝试使用量子计算机,比如马里兰大学的一名研究员就一直在用D-Wave机器来分类恶意软件。

D-Wave的计算机处理不了所有的算法,但有证据显示,如果所给任务是量身定制的,它们能比传统数字计算机更快地解决大量数据分析和优化问题。不过,早期机型中,第三方研究并未证实D-Wave机器比传统计算的速度优势传言。

对于本次的新一代机型,D-Wave宣称:“新的退火算法补偿了控制功能,使用户能够调整单个量子的退火。相比之前的D-Wave系统,结合了更快速退火时间的新机型,能够更有效地解决问题,提升应用性能。2000Q系统在执行高度专业化的算法上,比当前最新的经典服务器快上1000到10000倍。相比基于GPU的实现,该机型的每瓦特问题解决性能也要高上100倍。D-Wave功耗数代产品保持不变,但计算能力却有‘大幅’提升。”

分析机构IDC高性能计算副总裁厄尔·约瑟夫将该新机器描述为“一个巨大的技术成就,量子计算新兴领域的重要进步。”他还宣称:“D-Wave是唯一一家设计的产品能运行量子计算问题的。对想探索该革命性新计算方法的研究人员和应用开发者而言,新的D-Wave 2000Q系统应该会更加有趣。”

TDS首席技术官詹姆斯·伯勒尔称,该新硬件将“革新安全通信,防护内部人威胁,辅助甄别网络对手和攻击模式。量子计算机独特的计算能力,结合上最先进的网络安全技术,将能提供最高水平的安全,不仅仅在预防上,还体现在对网络攻击的追踪溯源上。”

经典计算正如日中天,而量子计算才如初生婴儿,这么一个行业早期阶段时期里,特定类型问题的调查,比如网络安全建模,将有助于判定量子算法的应用场景——那些使用量子算法能提供更快更好结果的场景。

这个意义上讲,价值1500万美元的 D-Wave 2000Q 最有价值的属性,比其令人费解的量子力学特性要直白多了,至少在网络安全上:速度。网络安全领域,快速处理大规模数据的能力是至高无上的。

“机器学习、云计算、数据分析……量子计算肯定会应用到使用这些技术的领域的。在安全领域,这意味着入侵检测、查找数据模式,以及更复杂的并行计算。”IEEE高级会员凯文·库兰说。

下一步

本月早些时候,为促进量子计算软件和开发者生态环境建设,D-Wave公司开源了其软件开发工具qbsolv ——尽管这大概也能被看做是削减成本的途径之一。

然而,量子计算与网络安全的结合,并不意味着该技术已经准备进入主流。尽管研究社区正达成共识,认为D-Wave计算机切实利用了量子力学的优势,整个行业想要打造真正的量子计算机依然面临挑战,量子计算机相对最强传统二进制计算机的有效速度提升还是展现得太少。而且,无论安全社区,或者其他什么圈子,对采用量子计算有多热血,依然需要时间来创建用以支持其工作的基础设施。

目前这还是市场上的稀缺工种。我们不得不训练一整代量子计算编程人员,开发量子计算算法,因为这些东西与经典计算完全不同。

如今依然是网络安全的早期,或者说几乎所有其他量子计算应用的婴儿期。总的来说,无论是D-Wave计算机还是成熟的量子计算机上,只要我们能比著名经典启发式算法更快地解决某些数据分析问题或优化问题,那就是很好的消息。

当前,量子计算距离经检验的工具还很远,它仅仅是应用到棘手网络安全问题上的少数下一代计算解决方案之一。但是,给它改变世界的机会越多,它最终真的改变世界的概率也就越高。

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