Schlüssel generieren mit Quantencomputern, Teil 1: der Zufallszahlengenerator
Eines können heutige Quantencomputer bereits hervorragend: Zufallszahlen generieren, wie man sie für kryptografische Anwendungen benötigt.
- Armin Berberovic
Kryptografie ist ohne gute Zufallszahlen schwer vorstellbar. Umso erstaunlicher ist es, dass sie ihren Siegeszug auf klassischen Rechnern – immerhin deterministische Turing-Maschinen – antreten konnte. Berechenbar zu sein ist Teil ihrer Identität, doch genau das ist der Zufall nicht. Unbeeindruckt von diesem Widerspruch ist jede Kryptobibliothek heutzutage in der Lage, Zufallszahlen in einer derart hohen Qualität zu erzeugen, dass sie sich für kryptografische Anwendungen eignen.
Wie kommt der Zufall also in die Maschine? Auf klassischen Rechnern muss man dafür tief in die Trickkiste greifen, bei Quantencomputern ist die Antwort einfach, denn Quanteneffekte sind inhärent zufällig . Damit ist ein Quantencomputer anders als ein klassischer Rechner keine zwingend deterministische Maschine.
- Quantencomputer sind nicht zwingend deterministisch und generieren daher hervorragende Zufallszahlen.
- Qubits können unendlich viele Zustände annehmen.
- Quantengatter beeinflussen die Messwahrscheinlichkeit eines Zustands.
- Mit der Quantenprogrammiersprache Q# lassen sich Quantengatter implementieren und zum Erzeugen von Zufallszahlen nutzen.
- Echte Quantencomputer sind über die Cloud zugänglich.
Diese Eigenschaft machen sich viele Quantenalgorithmen zunutze, unter ihnen auch der vorgestellte Zufallszahlengenerator. Wie man ihn in Microsofts Quantenprogrammiersprache Q# verfasst, beschreibt der vorliegende Artikel. Ein zweiter Artikel zeigt, wie sich der Zufallszahlengenerator in Azure integrieren und auf Quantenhardware ausführen lässt.
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