近日，全球计算机和芯片制造商富士通在其39量子比特量子模拟器上进行的一项新研究表明[1]，在未来几年内，量子计算机将仍然难以破解RSA密码。

成功破解RSA，需要约104天的容错量子计算

富士通公司的研究人员报告说，使用Shor算法，需要一台规模约为1万个量子比特和2.23万亿个量子门的容错量子计算机来破解RSA：大大超出了当今世界上最先进的量子计算机。研究人员进一步估计，要成功破解RSA，需要进行大约104天的容错量子计算。

富士通的超级计算机

“我们的研究表明，量子计算并没有对现有的加密方法构成直接威胁。然而，我们也不能自满。”富士通数据和安全研究高级主管Tetsuya Izu说：“世界现在需要开始准备，因为有一天量子计算机可能从根本上改变我们对安全的思考方式。”

研究Shor算法的最新工作是在富士通的量子模拟器上进行的；该系统利用了为日本的“富岳”超级计算机（在最新的Top500名单上排名第二）开发的技术和专门的量子比特处理技术。富士通报告说：“使用基于富士通512节点超级计算机PRIMEHPC FX700硬件的集群系统——采用A64FX CPU，以及新开发的自动有效地重新排列量子比特的状态信息的技术，富士通在64节点的系统中实现了超过100倍的速度提升，并且能够在463秒内完成N=253的因式分解，而此前这需要16小时。”

模拟细节：从数量上证明RSA密码系统对Shor算法暂时安全

在实验范围内，富士通在量子模拟器上使用Shor算法实现了一个通用程序，以生成一个量子电路，将输入的复合数分解成质因数。结果，富士通公司成功地将96个RSA型整数（两个不同奇数的乘积）从N=15到N=511进行因式分解，并证实该通用程序可以生成正确的量子电路。

通过使用上述通用程序，富士通进一步生成了对10比特到25比特的几个复合数进行因式分解的量子电路，并根据计算出的资源估算出对2048比特复合数进行因式分解所需的量子电路的资源。

结果，富士通公司发现，约10000个量子比特、2.23万亿个量子门，以及深度为1.80万亿的量子电路，需要对一个2048比特的复合数进行因子化。这相当于使用一个容错的量子计算机进行了长达104天的计算。由于能够稳定运行的、如此大规模的量子计算机在短期内不会实现，富士通的测试从数量上证明了RSA密码系统对Shor算法暂时是安全的。

量子计算机多久将破解RSA？

可以预见的是，制定措施以防止量子计算机破解现代加密方法——最典型的是RSA密码，是量子社区内大力研究和热议的领域。如今，全世界的量子比特数量正在迅速攀升：IBM在2023年年底首次推出了443量子比特的QPU，并计划在2023年推出1100量子比特的系统。

现在人们认为，当足够大的容错量子计算机出现时，Shor算法将能够快速解密今天基于因子的加密方案，包括RSA。2023年夏天，美国国家技术与标准研究院（NIST）发布了第一套新算法，以取代目前的RSA方法。

关于NISQ计算机或基于非门的量子退火方法多长时间能够解密RSA数据的争论正在涌动。

2022年12月22日，中国的研究人员报告了在开发能够解密RSA-2048的方法方面取得的突破：该方法只需要372个量子比特。

他们写道：“（我们）报告了一种通用的整数分解的量子算法，通过将经典的晶格还原与量子近似优化算法（QAOA）相结合。所需的量子比特数为O(logN/logN)，是整数N的比特长度的次线性，这使得它成为迄今为止最节省量子比特的因式分解算法。我们通过用10个超导量子比特对高达48比特的整数进行因式分解来实验证明该算法，这是在量子设备上分解的最大整数。我们估计，使用我们的算法挑战RSA-2048，需要一个具有372个物理量子比特和数千深度的量子电路。我们的研究在加快目前嘈杂的量子计算机的应用方面显示出巨大的前景，并为具有现实加密意义的大整数因子铺平了道路。”

富士通：量子计算的积极参与者

最近，富士通宣布，计划在2023年与Riken一起开发、部署一台64量子比特的量子计算机。新的量子计算机将基于超导量子比特：类似IBM、Rigetti和谷歌的方法。到目前为止，关于新计算机的细节很少被披露。

该公司在2022年推出了量子模拟器，并计划在2023年第一季度将其容量提高到40个量子比特。2018年，富士通推出了数字退火器服务：“使用受量子现象启发的数字电路设计，数字退火器专注于快速解决复杂的组合优化问题，而没有通常与量子计算方法相关的额外复杂性和成本。”

2022年秋天，富士通与丰田达成协议，在汽车生产应用中利用数字退火器。

2022年11月，富士通宣布开发量子/HPC混合计算技术，为客户优化工作负载选择。“新的基于人工智能的软件，作为未来计算机工作负载中介技术的先驱，自动从不同的下一代计算平台中进行选择，根据包括计算时间、计算精度和成本在内的参数，为客户的问题提供最佳解决方案。”

最近，富士通正迅速成为量子技术的一个实质性参与者。

参考链接：

https://www.hpcwire.com/2023/01/23/fujitsu-study-says-quantum-decryption-threat-still-distant/

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