QuTech start Quantum Network Explorer voor publieke experimenten quantumnetwerk

QuTech heeft een website voor het uitvoeren van experimenten met quantumnetwerken online gezet. Gebruikers kunnen met Quantum Network Explorer onder andere het genereren van quantumsleutels simuleren.

Quantum Network Explorer biedt een eenvoudige grafische interface om ook zonder specialistische kennis met quantumnetwerken kennis te maken. Momenteel draaien experimenten van gebruikers nog op de simulatieplatforms van QuTech, NetSquid en SimulaQron, maar het doel is om op termijn quantumhardware te koppelen aan Quantum Network Explorer.

De website laat zowel beginners als experts experimenten uitvoeren. Voor beginners zijn daarvoor drie scenario's voorgeselecteerd: gedistribueerde CNOT, quantumteleportatie en QKD. Met de eerste applicatie kunnen gebruikers een CNOT-operatie uitvoeren via een Controller- en een Target-node van een netwerk. Quantumteleportatie maakt een simulatie van het delen van een verstrengelde quantumstaat van twee qubits, een zogenoemd Bell-state of EPR-pair, mogelijk. QKD staat voor quantum key distribution en bij dit experiment kunnen gebruikers quantumsleutels genereren, eveneens met EPR-pairs.

Gebruikers kunnen de testen draaien op gesimuleerde netwerken met nodes in de Randstad, Nederland of Europa. Inloggen is niet vereist, maar wie experimenten wil bewaren krijgt het advies een gratis account aan te maken. Voor deskundigen is er de QNE Application Development Kit, waarmee ze zelf protocollen en applicaties kunnen maken. Die kunnen dan aan de grafische interface toegevoegd worden zodat anderen deze kunnen inzetten.

QuTech richt zich met de tools met name op studenten, onderzoekers, en softwareontwikkelaars. Het doel is om kennis over quantumnetwerken te verspreiden en een gemeenschap van gebruikers op te bouwen die ervaring opdoet met het werken met quantumnetwerken. Tweakers publiceerde vorig jaar het artikel Nederlandse simulatie moet programmeurs kennis laten maken met quantumnetwerk over QuTechs plannen voor een werkend quantumnetwerk en simulaties om hier kennis mee te maken.

Reacties (17)

[Mayonaise]

Ik ben niet zo thuis met de quantum fysica, is het mogelijk om met entangled qbits instant informatie te delen met elkaar? Dus eigenlijk een internet sneller dan licht?

[ajrouvoet]

Soms denken mensen dat dat kan middels entangled qubit pairs. Het lijkt ook bijna zo, want we zeggen dat het doen van een meting op de ene helft van de qubit de state bepaalt, en dat dan middels 'spooky action at a distance' daarmee ook de state van de andere qubit vastligt. Dit is echter geen communicatie, maar een fysische realisatie van een paar van random variabelen die perfect gecorreleerd zijn. We kunnen geen vooraf bepaalde bits versturen via de spooky action. Dit is het zogenaamde 'no-communication theorem' van quantum mechanica. Voor 'quantum teleportation' (het overbrengen van een quantum state naar een ander systeem middels een entangled pair) is ook klassieke communicatie nodig.

[SillieWous]

Kun je van de tweede qubit de staat meten (nadat de eerste is uitgelezen) zodat beide partijen van elkaar weten welke waarde de ander gemeten heeft?
Op die manier kun je een random ‘sleutel’ genereren, waardoor je in toch feite informatie deelt.

[AlbertJP]

Dat kan inderdaad, dat heet quantum key distribution. (Het is iets ingewikkelder dan je beschrijft, maar dat is om MitM-aanvallen te kunnen herkennen en tegengaan.)

[ajrouvoet]

Ja, entangled pairs geven je een random bit met een bepaalde probability distribution die je kunt delen tussen twee partijen. De originele vraag ging echter over 'faster than light' communicatie, en dat is dus niet mogelijk middels entangled pairs. Bedenk ook dat overbrengen van een qubit van de ene naar de andere locatie ook gewoon klassiek transport is (bijv. door het versturen van een photon over een glasvezelnetwerk).

[Epsix]

Ik ben geen natuurkundige. Maar ik had begrepen dat quantum entanglment niet een principe is dat bruikbaar is voor communicatie of informatie inference in het algemeen. Iets met dat de state niet te herleiden is zonder het naar iets probabilistisch te veranderen, waardoor er geen informatie met enige zekerheid uit gehaald kan worden.

Valt dit hele concept niet in elkaar zonder dit?

[koelpasta]

Ik weet niet welke zuurpruimen je off-topic gemod hebben maar je hebt gelijk.
Je hebt, om echt informatie over te dragen, nog een extra klassiek communicatiekanaal nodig. Die klassieke informatie moet je dan eerst aan je quantumbron onttrekken en bij aankomst moet je dat weer combineren met de quantuminformatie die ook aangekomen is. Pas dan heb je een echt communicatiekanaal dat ook de quantumeigenschappen heeft die worden verkondigd.

[zzzzap]

De reden dat cryptografie van alle soorten en maten onder vuur ligt is dat een quantum systeem een factorial kan doen op je public key, of op je gecrypte/crypto handshake. hierdoor liggen de colisions en uiteindelijk ook (diverse) private keys binnen de data horizon van een quantum systeem. het systeem ziet de patronen 'liggen' als het ware.

Binnen niet al te lange tijd zullen er crypto algoritmes komen die geen last hebben van het snel kunnen factoriseren van public keys naar priemgetallen.
Bij de NIST zijn ze al een tijdje bezig diverse argoritmes te testen of deze PQC geschikt zijn.https://csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography.

Voor de programmeurs onder ons: BouncyCastle heeft in de meest recente libraries al een aantal PQC algoritmes toegevoegd, in afwachting op de standardisering van het NIST.
https://github.com/bcgit/...astle/pqc/jcajce/provider

Het artikel gaat over Quantum Internet, maar m.i. is dat niet nodig als er voldoende sterke PQC algoritmes komen.

[uiltje]

In de meest recente libraries? Die provider bestaat al een hele tijd (net als sommige algoritmen zoals McEliece) en bevat daarom ook niet de nieuwere PQC algoritmen of variaties die in de NIST PQC competitie kan vinden. Kijk nog eens goed naar wanneer die implementaties het laatst zijn gewijzigd! Waarschijnlijk komen ze van een groep afstudeerders die ze destijds hebben toegevoegd, daarna heeft de bibliotheek weer zo goed als stil gelegen.

[ataryan]

Omdat het gemiddelde quantum systeem waar je mee kunt spelen steeds krachtiger wordt heb ik onlangs maar weer 's gekeken naar de post-quantum cypher list. En daar word je niet vrolijk van. Voordat al die experimentele shit in je NIST/NCSC goedgekeurde lijst/stack/IDE staat zit je met pre-quantum keys van meerdere megabytes.

We gaan dus van:
ECDH+AESGCM:ECDH+CHACHA20:ECDH+AES256:ECDH+AES128:!aNULL:!SHA1:!AESCCM;
TLS_AES_256_GCM_SHA384:TLS_AES_128_GCM_SHA256:TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256;

naar
'kyber512:kyber768:sikep434:sikep503:frodo640aes:frodo640shake:bike1l1cpa:bike1l3cpa'

Zie dat er overal maar 's door te krijgen voor de late 20s. So not going to happen.

[ontopic] een apart quantum key distribution service gaat 'm denk ik wel worden; 'demense' hoeven hun hele stack/apps niet per se aan te passen en er komt optioneel een extra laag er overheen of bij in.

optioneel: want niet alle data zijn even veel waard om, zeker in het begin, voor een fikse meerwaarde te beschermen.

Als je het quantum key distribution model netjes in Hilbert ruimte zet zonder klassieke shortcuts kan er een cypher circuit gemaakt worden die keys produceerd die voor gewone stervelingen actief in dit universum bruikbaar maar niet te doorgronden zijn.

Nadeel: het quantum circuit dat de cyphers genereerd gaat iets van heel erg geheimgehouden worden. Vergelijkbaar met een console lockdown, en dus is de kracht tegelijk het zwakke punt van dit geheel.

Gemakkelijkere oplossingen dan dat zijn er volgens mij niet zo. Maar we zullen zien.

[Reactie gewijzigd door ataryan op 26 juli 2024 15:25]

[ataryan]

cutnpaste uit een recente chat over dit onderwerp. hier dan ook maar weer plaatsen dan he ?
TLDR: https://github.com/twobombs/thereminq-graphs en https://github.com/twobombs/thereminq

Een quantum systeem heeft de staat uit zichzelf met een beschrijving en een momentum, ( eigen state, eigen vector ) een klassiek systeem moet die staat zelf zien op te bouwen mbv een algoritme en alhoewel de gemeten uitkomst van, zeg een 127 qbit systeem, ge-emuleerd en in het eggie dezelfde 127 bits beslaan is de staat en het momentum de winst aan de kant van het quantum systeem omdat de beschrijving ( het quantum circuit ) de vector ( de waarden in het quantum circuit ) er al 'zijn' en bij meting gelijk beschikbaar is. Het is een staat waarin een quantum systeem 'is'. Een klassieke machine moet dat allemaal hakke-hakke-puf-puf aanmetselen, aanmaken, berekenen, etc etc.

De mathematische ruimte die een quantum systeem (in entanglement en superposition) heeft heet hilbert ruimte en is erg, erg groot. Hilbert ruimte is niet gemakkelijk te emuleren met een klassieke machine juist omdat het zo groot is. Hilbert ruimte heeft al heel erg veel mogelijkheden op een relatief klein systeem. De data horizon van een quantum systeem is de factorial van het aantal qubits. ( n! op je rekenmachine ) daarom loopt dat zo snel uit de hand, ook qua reken capaciteit.

Een quantum systeem wat niet in entangled superposition kan of is is te vergelijken met een reguliere computer en word annealing quantum system genoemd. een telraam. een annealing systeem heeft geen toegang tot de hilbert ruimte maar kan bijvoorbeeld goed routes bedenken. Of dat nu voor logistiek of PCB design is, of vanalles ertussen.

De reden dat cryptografie van alle soorten en maten onder vuur ligt is dat een quantum systeem een factorial kan doen op je public key, of op je gecrypte/crypto handshake. hierdoor liggen de colisions en uiteindelijk ook (diverse) private keys binnen de data horizon van een quantum systeem. het systeem ziet de patronen 'liggen' als het ware.

Mijn activiteit is een systeem neerzetten wat de uitkomst(en) van een quantum systeem en ge-emuleerde systemen visueel zichtbaar te maken zodat de patronen en verschillen letterlijk meer zichtbaar, makkelijk(er) verwerkt kan worden.

Pretty pictures
https://github.com/twobombs/thereminq-graphs

[uiltje]

Ik heb net alle reacties die over quantum computers gaan een -1 gegeven, mensen: quantum key distribution and quantum networking gaan niet over quantum computers, het gaat alleen om het distriburen (of eigenlijk versterken) van sleutels over glasvezel. Daar heeft een quantum computer weinig mee van doen.

Overigens zijn veel cryptografische experts, inclusief ons eigen NCSC nogal skeptisch over QKD. Het lost feitelijk een probleem op wat niet bestaat: het afleiden van nieuwe symmetrische sleutels - dit terwijl je wel een rechtstreekse lijn en een pre-setup fase nodig hebt:

However, Quantum Key Distribution still has several limitations. The security properties of Quantum Key Distribution are currently insufficiently understood. Also, Quantum Key Distribution requires the use of very costly hardware, which both the sender and the receiver of the data need to possess. Finally, the geographic range of this hardware is limited.

[Reactie gewijzigd door uiltje op 26 juli 2024 15:25]

[bvdvecht]

quantum key distribution and quantum networking gaan niet over quantum computers, het gaat alleen om het distriburen (of eigenlijk versterken) van sleutels over glasvezel. Daar heeft een quantum computer weinig mee van doen.

QKD gaat (zoals de naam doet vermoeden) inderdaad alleen over het distribueren van sleutels.
Maar bij kwantumnetwerken in het algemeen gaat het over veel meer dan alleen QKD. Het is echt een netwerk van meerdere kwantumcomputers die (kwantum)informatie naar elkaar kunnen versturen, samen kunnen werken, en correlaties kunnen genereren die niet mogelijk zijn met een klassiek internet.

Zo stellen kwantumnetwerken bijvoorbeeld meerdere kwantumcomputers in staat om samen te werken, en op die manier één grote gedistribueerde kwantumcomputer te vormen. Zo kun je relatief grote kwantumberekeningen uitvoeren zonder een grote kwantumcomputer nodig te hebben: je gebruikt gewoon meerdere kleine kwantumcomputers. De "Distributed CNOT" applicatie in QNE is een voorbeeld van 2 kwantumcomputers die samen een operatie uitvoeren (de CNOT gate).

Een andere toepassing van kwantumnetwerken is "secure quantum computing in the cloud". Stel dat er op een gegeven moment een provider is van een relatief grote kwantumcomputer, waarop jij graag cutting-edge onderzoek wil doen (bijv. een nieuw soort materiaal simuleren). Zogenaamde "Blind Quantum Computing"-protocollen stellen je in staat om, over een kwantumnetwerk, jouw kwantumberekening te laten uitvoeren door de provider, zonder dat de provider kan weten wat het precies voor je berekent.

(Bron: ik ben één van de betrokkenen bij de ontwikkeling van QNE)

[plasticmorals]

Kan iemand mij vertellen of 1+1=2 al is gelukt met een quantum computer? Of is dat weer zo'n gevalletje: "dat is niet de juiste vraag bij deze technologie". Want net als met kernfusie wordt ik een beetje moe van alle nieuwe 'doorbraken' en initiatieven. (hier trouwens een interessante kritische video over kernfusie waarbij de huidige hype even gerelativeerd wordt: link). Als iemand een kritische video over quantum computing weet hoor ik het graag

[ataryan]

Kort antwoord: Ja
Kritische video over qc heb ik nog niet gevonden.
Verder nog vragen ?

[Mushroomician]

(1+0i) + (1+0i) = (2+0i)
https://nl.m.wikipedia.org/wiki/Complex_getal

Open source studiemateriaal
https://qiskit.org/
https://docs.microsoft.co...torial-qdk-intro-to-katas

[Reactie gewijzigd door Mushroomician op 26 juli 2024 15:25]