De quantum computer is een computer gebaseerd op quantum bits, kortweg qubits. Dat zijn bits die fysiek gemaakt zijn van quantum systemen, met de speciale eigenschap dat ze in een superpositie tussen twee toestanden kunnen zijn.
Door gebruik te maken van superpositie en verstrengeling kunnen quantumcomputers en quantumnetwerken taken verrichten die met de huidige ICT gebaseerd op ‘klassieke’ bits niet mogelijk zijn. Maar hoe maak je eigenlijk een quantumcomputer? Is er maar een manier? En wat zijn de fysische bouwstenen? In dit artikel geven we een overzicht van architecturen van een quantumcomputer en van mogelijke implementaties, beschrijven we de state-of-the-art en speculeren we wanneer de eerste quantumcomputer het licht zal zien.
Het zoeken naar een calcium-41 atoom is als het zoeken naar een speld die verborgen kan zijn in niet één hooiberg, maar wel duizend hooibergen. In zijn promotieonderzoek werkte Steven Hoekstra aan een methode waarmee die speld toch binnen afzienbare tijd opgespoord kan worden. Calcium-41, kortweg 41Ca, is een zogenaamd sporenelement. Het kunnen detecteren ervan kan om uiteenlopende redenen nuttig zijn, bijvoorbeeld in biomedisch onderzoek aan botontkalking. Maar het zou ook een manier kunnen zijn om oude botten te dateren, vergelijkbaar met de bekende koolstofdateringsmethode. De experimentele methode waaraan Hoekstra werkte heet Atom Trap Trace Analysis (ATTA) en is gebaseerd op de interactie tussen atomen en laserlicht. Met behulp van dit laserlicht worden de verschillende calciumisotopen gescheiden en uiteindelijk gevangen in een ‘magneto-optische val’. Die bestaat uit een combinatie van zes laserbundels met een magnetisch veld. In de val kunnen we de verschillende calciumisotopen met grote gevoeligheid detecteren. Zelfs is het gelukt het uiterst zwakke signaal van één enkel atoom te meten. De huidige stand van zaken is dat de opstelling voldoende gevoelig voor de genoemde biomedische toepassing. Hiervoor kunnen monsters worden gebruikt die verrijkt zijn met extra 41Ca. Uit berekeningen van Hoekstra blijkt dat door het gebruik van extra laser-vermogen de efficiëntie van de opstelling nog verhoogd kan worden. Dat zou de opstelling ook voor de andere genoemde toepassing, radiocalciumdatering, geschikt maken.
The quantum computer, is a "supercomputer" that relies on the phenomena of quantum mechanics to perform operations on data. Object of suppositions, sometimes farfetched, quantum mechanics gave birth to the quantum computer, a machine capable of processing data tens of millions of times faster than a conventional computer. A quantum computer doesn't use the same memory as a conventional computer. Rather than a sequence of 0 and 1, it works with qubits or quantum bits. The quantum computer is a combination of two major scientific fields: quantum mechanics and computer science. Quantum mechanics, on which this computer is based, governs the movement of bodies in the atomic, molecular and corpuscular domains, is a theory whose logic is totally contrary to intuition and it is essential to use mathematics to fully grasp it. Quantum computing is the sub-domain of computer science that deals with quantum computers using quantum mechanical phenomena, as opposed to those of electricity exclusively, for so-called "classical" computing. The quantum phenomena used are quantum entanglement and superposition. The article examines some aspects related to the development, operation, advantages and difficulties, applications and future of the quantum computer.
Dit handboek ondersteunt organisaties met concrete stappen en advies om de dreiging van quantumcomputersvoor cryptografie te beperken. Het moment waarop quantumcomputers een dreiging zullen vormenvoor momenteel gebruikte cryptografie is onvoorspelbaar. Toch moeten bepaalde organisaties nu al aan oplossingenwerken vanwege het risico dat quantumcomputers met zich meebrengen. Bijvoorbeeld organisatiesdie data verwerken die zelfs over 20 jaar nog vertrouwelijk moeten blijven of die systemen met een langelevensduur ontwikkelen. De meest veelbelovende oplossing is de zogenaamde post-quantumcryptografie(PQC). PQC kan draaien op nagenoeg dezelfde systemen die nu in gebruik zijn en is veilig tegen quantumcomputers.Migreren naar PQC kost echter bijzonder veel tijd en middelen. Afgaande op eerdere migratieskan dit ruim meer dan vijf jaar in beslag nemen.Organisaties dienen daarom nu al te beginnen zich op de quantum-dreiging voor te bereiden. Als eersteno-regret move zou elke organisatie al een PQC-diagnose moeten uitvoeren. Deze eerste stap is bedoeld omte bepalen welke houding een organisatie moet aannemen op basis van het soort gegevens dat ze verwerkten haar risico-oppervlak. Verder is het aan te raden een inventarisatie te maken van alle gebruikte cryptografischetechnieken, van de data die ze beschermen en van wie deze assets beheert. Alleen dan kan eenorganisatie de mate van urgentie correct inschatten. Deze inventarisatie verkleint later ook het risico op eenoverhaaste, foutgevoelige migratie die in de toekomst onnodige kosten en risico's met zich zou meebrengen.Het is voor elke organisatie nuttig om een dergelijke inventarisatie te maken en up-to-date te houden, aangezienelke organisatie vroeg of laat zal moeten migreren.Na deze eerste stap richt het handboek zich tot de zogenaamde urgente adopters, organisaties die daadwerkelijkzo snel mogelijk met de migratie moeten starten omdat ze anders over twintig jaar onaanvaardbarerisico's lopen. De volgende twee stappen van de migratie bestaan uit het plannen en het uitvoeren van demigratie. In de planningsfase is het belangrijk om een speciaal team te vormen om de migratie uit te voerenen ervoor te zorgen dat er bedrijfsprocessen actief zijn om de migratie soepel te laten verlopen. Vanuittechnisch oogpunt kunnen organisaties PQC op verschillende manieren implementeren. Voor momenteelgebruikte systemen is mogelijk niet elke PQC-oplossing geschikt. Dit handboek geeft concrete handvattenvoor het kiezen van een geschikte implementatiestrategie voor PQC, afhankelijk van de functionaliteitendie de organisatie levert of beheert. Dit kan betekenen dat een organisatie nieuwe hardware moet kopen ofmoet overstappen op nieuwe leveranciers die de juiste PQC-oplossingen ondersteunen.Ten slotte moet de organisatie dit plan uitvoeren. Het is van groot belang daarbij voorzichtig te werk te gaanom geen nieuwe risico's te introduceren. Dit handboek bevat richtlijnen voor het migreren van verschillendesoorten cryptografie op basis van de strategieën die in de planningsfase zijn gekozen. Bovendien is het nietonwaarschijnlijk dat er de komende jaren nieuwe kwetsbaarheden in de PQC-oplossingen worden ontdekt.Daarom is het belangrijk om cryptographic agility in gedachten te houden. Met cryptographic agility kan eenorganisatie gemakkelijk geïmplementeerde cryptografische primitieven aanpassen of vervangen zonder datdit de processen van organisaties bovenmatig verstoort. Dit is vooral belangrijk wanneer wanneer er er nieuweverbeteringen of kwetsbaarheden in protocollen worden ontdekt.