科学家们刚刚破解了量子霸权背后的密码编码

当量子计算机能够解决当前技术无法解决的问题时，这被称为量子优势。然而，这种优势并非在所有计算中都得到保证，这引发了关于该优势存在条件的基本问题。虽然先前的研究提出了量子优势的各种充分条件，但这些条件的必要性一直不明确。

受此不确定性驱动，京都大学的一个研究团队致力于理解量子优势的充要条件，他们采用了一种结合量子计算和密码学（即安全编码信息的科学）技术的方法。

具体而言，该团队专注于一种称为低效验证者量子性证明的交互式协议。该协议允许不具备量子计算机的验证者与量子证明者交互，并验证后者确实拥有量子计算能力。在他们的研究中，该团队证明了这些证明的存在依赖于一种称为单向谜题的特定密码学原语的存在。

通过整合这些方法，该团队引入了一个新颖框架，将看似无关的量子优势和密码学安全概念统一起来。由此，该团队首次能够完整刻画量子优势的特征。

"通过证明量子优势的存在与特定量子密码学原语的安全性之间的等价性，我们得以确定量子优势的充要条件，"通讯作者白川裕贵（Yuki Shirakawa）表示。

研究结果表明，当量子优势不存在时，几乎所有密码学原语（先前被认为安全的）的安全性都会被破坏。重要的是，这些原语不仅限于量子密码学，还包括广泛使用的传统密码学原语以及快速发展的后量子密码学原语。

所建立的量子计算与密码学之间的等价关系，也为未来量子优势的实验性演示以及该领域持续的理论研究提供了更坚实的密码学基础。

"量子优势是一个备受期待且被积极研究的概念，但它仍未得到充分理解。我们的研究代表着向深入理解这一特性迈出的重要一步，"白川裕贵表示。

该团队期望未来的研究能将这种特征刻画扩展到其他类型的量子优势，并催生出更普适的理论框架。