本文根據(jù)NICT成果發(fā)布編譯整理而成。
日本的信息通信研究機(jī)構(gòu)（NICT）、慶應(yīng)義塾大學(xué)、三菱日聯(lián)金融集團(tuán)（MUFG）及瑞穗金融集團(tuán)（MHFG）組成的研究團(tuán)隊(duì)，在IBM Q Hub at Keio University所在的慶應(yīng)義塾大學(xué)量子計(jì)算中心（KQCC）利用量子計(jì)算機(jī)IBM Quantum成功解答了小規(guī)模離散對數(shù)問題。
離散對數(shù)問題是非常重要的問題，是支撐現(xiàn)代信息社會的密碼技術(shù)安全的基礎(chǔ)之一，了解能用量子計(jì)算機(jī)解答的離散對數(shù)問題的規(guī)模是一項(xiàng)重要課題。另外，離散對數(shù)問題可以做實(shí)驗(yàn)的量子程序的選擇范圍很廣，此次的實(shí)驗(yàn)是基于初步研究、即是否適用于將來預(yù)測密碼威脅的量子計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)而實(shí)施的。
為確保量子計(jì)算機(jī)時(shí)代的密碼安全，此次研究團(tuán)隊(duì)針對通過離散對數(shù)問題確保安全性的密碼方式的破解時(shí)間評估，編寫了了離散對數(shù)問題專用肖爾算法的程序，由此，利用量子計(jì)算機(jī)解答離散對數(shù)問題的實(shí)驗(yàn)全球首次取得了成功。
圖1：此次研究的關(guān)于密碼破解時(shí)間預(yù)測的成果圖
在此次的實(shí)驗(yàn)中，NICT設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)用量子程序后，慶應(yīng)大學(xué)、MUFG和MHFG針對超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)IBM Quantum提高了程序效率，并在IBM Quantum實(shí)機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通過共同對輸出結(jié)果進(jìn)行研究，確認(rèn)解答了問題。
在實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)針對離散對數(shù)問題的一些例題，面向量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程，調(diào)查了程序規(guī)模達(dá)到多大程度才能利用量子計(jì)算機(jī)解答問題。圖2按規(guī)模大小列出了實(shí)驗(yàn)的程序，總結(jié)了利用量子計(jì)算機(jī)實(shí)機(jī)做實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。執(zhí)行此次實(shí)驗(yàn)中規(guī)模最小的量子程序①時(shí)，量子計(jì)算機(jī)輸出了非常好的結(jié)果，但規(guī)模更大的程序②和③并沒有輸出良好的結(jié)果。
因此得出了以下結(jié)論：可利用現(xiàn)有技術(shù)解答的量子程序的規(guī)模介于圖中的①和②之間。這是首次利用量子計(jì)算機(jī)實(shí)機(jī)解答離散對數(shù)問題。另外，對程序②的輸出結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證后得出的結(jié)論是，如果能把程序規(guī)模改小一些，還是有可能解出來的。
圖2：解答離散對數(shù)問題的量子計(jì)算機(jī)程序的規(guī)模與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
