ABOUT THE SPEAKER
Craig Costello - Cryptographer
Craig Costello uses mathematics to secure the digital world, both against the threats that exist today and those that may exist in the future.

Why you should listen
Together with his colleagues, Craig Costello builds software with the goal of safeguarding the internet before large-scale quantum computing becomes a reality. He is a senior researcher in the Cryptography and Security Group at Microsoft Research in the USA. He is primarily interested in the cryptographic applications of computational number theory, in particular curve-, pairing- and lattice-based cryptography.
More profile about the speaker
Craig Costello | Speaker | TED.com
TEDxSydney

Craig Costello: In the war for information, will quantum computers defeat cryptographers?

克雷格·科斯特洛: 密码学家,量子计算机和信息战

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在窥探我们技术未来的过程中,密码学家克雷格·科斯特洛(Craig Costello)讨论了量子计算机改变世界的潜力。这可能会打破当今机器设定的极限,并为密码破解者提供数字世界的万能钥匙。让我们来了解科斯特洛和他的密码学家同事们如何竞相重塑我们的加密体系来保护互联网。
- Cryptographer
Craig Costello uses mathematics to secure the digital world, both against the threats that exist today and those that may exist in the future. Full bio

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我从事保护秘密的工作,
00:12
I'm in the business商业
of safeguarding保障 secrets秘密,
0
782
3275
00:16
and this includes包括 your secrets秘密.
1
4081
2172
其中就包括你们的秘密。
00:19
Cryptographers密码学家 are
the first line线 of defense防御
2
7206
2134
密码学家是数百年来
00:21
in an ongoing不断的 war战争 that's been
raging愤怒 for centuries百年:
3
9364
3582
持续不断的战争中的
第一道防线:
00:24
a war战争 between之间 code makers制造商
4
12970
2263
是代码编写者
00:27
and code breakers断路器.
5
15257
1252
和代码破译者之间的战争。
这是一场信息战争。
00:29
And this is a war战争 on information信息.
6
17030
2094
现代信息战场是数字化的。
00:32
The modern现代 battlefield战场
for information信息 is digital数字.
7
20227
3484
00:35
And it wages工资 across横过 your phones手机,
8
23735
2162
它发动于你的手机,
00:37
your computers电脑
9
25921
1176
你的电脑
00:39
and the internet互联网.
10
27121
1169
和互联网。
我们的工作是建立系统,
来打乱你们的电子邮件内容,
00:41
Our job工作 is to create创建 systems系统 that scramble争夺
your emails电子邮件 and credit信用 card numbers数字,
11
29299
4979
00:46
your phone电话 calls电话 and text文本 messages消息 --
12
34302
2259
信用卡号,电话内容和短信——
00:48
and that includes包括 those saucy俏皮 selfies自拍 --
13
36585
2192
这包括那些搞笑的自拍照——
00:50
(Laughter笑声)
14
38801
1222
(笑声)
00:52
so that all of this information信息
can only be descrambled德德拉金德
15
40047
2753
这样,所有的这些信息
00:54
by the recipient接受者 that it's intended for.
16
42824
2121
只能由预期的接收者解密。
一直以来,
00:58
Now, until直到 very recently最近,
17
46017
2313
我们都一直以为自己
永远赢得了这场战争。
01:00
we thought we'd星期三 won韩元 this war战争 for good.
18
48354
2555
01:03
Right now, each of your smartphones智能手机
is using运用 encryption加密
19
51694
2945
现在,你们每个人的手机都在使用
01:06
that we thought was unbreakable牢不可破
and that was going to remain that way.
20
54663
3700
我们认为永远
无法被破解的加密手段,
我们错了,
01:11
We were wrong错误,
21
59654
1940
因为量子计算机即将加入这场战争,
01:13
because quantum量子 computers电脑 are coming未来,
22
61618
2386
01:16
and they're going to change更改
the game游戏 completely全然.
23
64028
2790
它们会彻底改变游戏规则。
纵观历史,
密码学和密码破解
01:20
Throughout始终 history历史,
cryptography加密 and code-breaking代码断开
24
68445
2456
01:22
has always been this game游戏
of cat and mouse老鼠.
25
70925
2070
一直是猫和老鼠的游戏。
回到十五世纪,
01:25
Back in the 1500s,
26
73598
1677
苏格兰的玛丽女王认为
她正在发送
01:27
Queen女王 Mary玛丽 of the Scots苏格兰 thought
she was sending发出 encrypted加密 letters
27
75299
3179
只有她的士兵可以破解的加密信件。
01:30
that only her soldiers士兵 could decipher解码.
28
78502
1977
但是英格兰的伊丽莎白女王
01:33
But Queen女王 Elizabeth伊丽莎白 of England英国,
29
81074
2046
01:35
she had code breakers断路器
that were all over it.
30
83144
2400
手下有无数的密码破译者。
01:38
They decrypted解密 Mary's玛丽的 letters,
31
86116
2005
他们破解了玛丽的信件,
发现了她正试图刺杀伊丽莎白,
01:40
saw that she was attempting尝试
to assassinate暗杀 Elizabeth伊丽莎白
32
88145
3173
随后,他们砍掉了玛丽的头。
01:43
and, subsequently后来,
they chopped切碎的 Mary's玛丽的 head off.
33
91342
2431
01:47
A few少数 centuries百年 later后来, in World世界 War战争 IIII,
34
95729
2352
几个世纪之后的第二次世界大战,
纳粹使用恩尼格玛密码进行通讯,
01:50
the Nazis纳粹 communicated传达
using运用 the Engima恩吉马 code,
35
98987
2884
01:53
a much more complicated复杂 encryption加密 scheme方案
that they thought was unbreakable牢不可破.
36
101895
3641
是一种他们认为牢不可破的
更复杂的加密机制。
但是之后的艾伦·图灵,
01:58
But then good old Alan艾伦 Turing图灵,
37
106274
1930
02:00
the same相同 guy who invented发明
what we now call the modern现代 computer电脑,
38
108228
3035
那个发明了我们
称为现代计算机的人,
02:03
he built内置 a machine and used it
to break打破 Enigma.
39
111287
2615
制作了一个机器,
用它来破解恩尼格玛。
他破译了德国人的消息,
02:06
He deciphered破译 the German德语 messages消息
40
114545
1605
并协助使得希特勒和
他的第三帝国停滞不前。
02:08
and helped帮助 to bring带来 Hitler希特勒
and his Third第三 Reich帝国 to a halt.
41
116174
2715
这种故事已经重复了多个世纪。
02:11
And so the story故事 has gone走了
throughout始终 the centuries百年.
42
119772
2559
密码学家不断改善他们的加密方式,
02:14
Cryptographers密码学家 improve提高 their encryption加密,
43
122821
2502
然后密码破译者进行反击,
找到一种方法来破解它。
02:17
and then code breakers断路器 fight斗争 back
and they find a way to break打破 it.
44
125347
3138
这场战争来来回回,
而且双方差不多并驾齐驱。
02:20
This war's战争 gone走了 back and forth向前,
and it's been pretty漂亮 neck颈部 and neck颈部.
45
128969
3387
直到 19 世纪 70 年代,
02:25
That was until直到 the 1970s,
46
133533
2715
02:28
when some cryptographers密码破译
made制作 a huge巨大 breakthrough突破.
47
136272
2660
一些密码学家取得了巨大的突破。
他们发现了一种
非常强大的加密方式,
02:31
They discovered发现 an extremely非常
powerful强大 way to do encryption加密
48
139781
3561
02:35
called "public-key公钥 cryptography加密."
49
143366
1752
叫做“公钥密码学”。
与之前用过的所有方式不同,
02:37
Unlike不像 all of the prior methods方法 used
throughout始终 history历史, it doesn't require要求
50
145839
4275
它不需要想要交换
秘密信息的通讯双方
02:42
that the two parties派对 that want to send发送
each other confidential机密 information信息
51
150138
3607
02:45
have exchanged交换 the secret秘密 key beforehand预先.
52
153769
2059
提前交换密钥。
公钥密码学的魔力在于,
它允许我们安全地
02:48
The magic魔法 of public-key公钥 cryptography加密
is that it allows允许 us to connect securely安全
53
156602
4112
02:52
with anyone任何人 in the world世界,
54
160738
1544
与世界上任何人连接起来,
无论我们事先交换过数据与否,
02:55
whether是否 we've我们已经 exchanged交换
data数据 before or not,
55
163481
2869
02:58
and to do it so fast快速 that you and I
don't even realize实现 it's happening事件.
56
166374
3662
它能让我们可以快速地通讯,
甚至没有意识到它正在发生。
无论你正给同伴发短信相约喝酒,
03:03
Whether是否 you're texting发短信 your mate伴侣
to catch抓住 up for a beer啤酒,
57
171001
3238
03:06
or you're a bank银行 that's transferring转移
billions数十亿 of dollars美元 to another另一个 bank银行,
58
174263
4247
还是你正在转账
数十亿美元到另一家银行,
03:10
modern现代 encryption加密 enables使 us
to send发送 data数据 that can be secured安全
59
178534
3051
现代加密技术使
我们能够在几毫秒内
03:13
in a matter of milliseconds毫秒.
60
181609
2021
发送被保护的数据。
03:17
The brilliant辉煌 idea理念 that makes品牌
this magic魔法 possible可能,
61
185502
2882
使这个魔法成为可能的绝妙主意,
03:20
it relies依赖 on hard mathematical数学的 problems问题.
62
188408
2527
依赖于困难的数学问题。
密码学家对计算器无法
做到的事情深感兴趣。
03:23
Cryptographers密码学家 are deeply interested有兴趣
in things that calculators计算器 can't do.
63
191623
3834
例如,计算器可以让
你喜欢的任何两个数字相乘,
03:29
For example, calculators计算器 can multiply
any two numbers数字 you like,
64
197250
3401
03:32
no matter how big the size尺寸.
65
200675
1686
无论数字有多大。
但是反过来——
03:35
But going back the other way --
66
203175
1941
03:37
starting开始 with the product产品 and then asking,
67
205140
2218
有相乘后的结果,然后问
03:39
"Which哪一个 two numbers数字 multiply
to give this one?" --
68
207382
2365
“哪两个数字相乘得出的这个数字?”
这实际上是个非常难的问题。
03:41
that's actually其实 a really hard problem问题.
69
209771
2381
如果我让你找出
哪两个两位数相乘等于 851,
03:45
If I asked you to find which哪一个 two-digit两位数
numbers数字 multiply to give 851,
70
213358
4591
即使有计算器,
03:51
even with a calculator计算器,
71
219051
1192
03:52
most people in this room房间 would have
a hard time finding发现 the answer回答
72
220267
3107
这个房间里的大多数人
在我完成本次演讲之前,
都很难找到答案。
03:55
by the time I'm finished with this talk.
73
223398
1916
03:57
And if I make the numbers数字 a little larger,
74
225338
2661
而且如果我让数字变得更大些,
04:00
then there's no calculator计算器 on earth地球
that can do this.
75
228023
3657
地球上没有任何计算器可以做到。
04:03
In fact事实, even the world's世界
fastest最快的 supercomputer超级计算机
76
231704
2883
实际上,甚至是世界上
最快的超级电脑
04:06
would take longer
than the life age年龄 of the universe宇宙
77
234611
2490
要找到两个相乘得到该数字的数字
04:09
to find the two numbers数字
that multiply to give this one.
78
237125
2872
将花费比宇宙寿命更长的时间。
而这个问题,被叫做“整数分解”,
04:13
And this problem问题,
called "integer整数 factorization分解,"
79
241029
3341
就是现在你们每部手机和电脑
正在用来保护你们的
04:16
is exactly究竟 what each of your smartphones智能手机
and laptops笔记本电脑 is using运用 right now
80
244394
3626
04:20
to keep your data数据 secure安全.
81
248044
1534
数据安全的方法。
这是现代加密的基础。
04:22
This is the basis基础 of modern现代 encryption加密.
82
250254
2417
而地球上所有计算能力联合起来
也无法解决这个问题的事实
04:26
And the fact事实 that all the computing计算 power功率
on the planet行星 combined结合 can't solve解决 it,
83
254266
4210
04:30
that's the reason原因 we cryptographers密码破译
thought we'd星期三 found发现 a way
84
258500
2873
正是我们密码学家认为
我们找到了一种方式
能永远领先于编码破坏者的原因。
04:33
to stay ahead of the code
breakers断路器 for good.
85
261397
2258
也许我们有点自大,
04:37
Perhaps也许 we got a little cocky自大
86
265131
1652
因为就在我们以为战争胜利的时候,
04:39
because just when we thought
the war战争 was won韩元,
87
267902
2346
04:42
a bunch of 20th-centuryTH-世纪 physicists物理学家
came来了 to the party派对,
88
270272
2938
一批 20 世纪的物理学家
也加入了进来,
04:45
and they revealed透露
that the laws法律 of the universe宇宙,
89
273234
2679
他们揭示了宇宙的定律
04:47
the same相同 laws法律 that modern现代
cryptography加密 was built内置 upon,
90
275937
2595
并不是我们想象的那样,
而现代密码学的建立
就基于这些定律。
04:51
they aren't as we thought they were.
91
279422
1815
我们认为一个物体
不能同时处于两个地方。
04:54
We thought that one object目的 couldn't不能 be
in two places地方 at the same相同 time.
92
282205
3511
事实并非如此。
04:58
It's not the case案件.
93
286262
1541
我们认为没有任何东西可以
04:59
We thought nothing can possibly或者 spin
clockwise顺时针 and anticlockwise逆时针
94
287827
3712
同时进行顺时针和逆时针旋转。
05:03
simultaneously同时.
95
291563
1285
但这也不是正确的。
05:05
But that's incorrect不正确.
96
293265
1387
我们认为分别位于
宇宙两侧的两个物体
05:07
And we thought that two objects对象
on opposite对面 sides双方 of the universe宇宙,
97
295173
3710
05:10
light years年份 away from each other,
98
298907
2301
彼此相距若干光年,
05:13
they can't possibly或者 influence影响
one another另一个 instantaneously瞬间.
99
301232
3566
它们不可能瞬间相互影响。
我们又错了。
05:17
We were wrong错误 again.
100
305932
1247
生活也总是这样,不是吗?
05:20
And isn't that always the way
life seems似乎 to go?
101
308403
2209
就在你认为你搞定了所有事情,
万事俱备的时候,
05:22
Just when you think you've got
everything covered覆盖, your ducks鸭子 in a row,
102
310636
3396
一批物理学家出现,
05:26
a bunch of physicists物理学家 come along沿
103
314056
1555
并揭示了宇宙的基本定律
05:27
and reveal揭示 that the fundamental基本的 laws法律
of the universe宇宙 are completely全然 different不同
104
315635
3692
与你想的完全不同?
(笑声)
它搞砸了一切。
05:31
to what you thought?
105
319351
1161
05:32
(Laughter笑声)
106
320536
1058
05:33
And it screws螺丝 everything up.
107
321618
1356
结果就是,在微小的亚原子领域,
05:34
See, in the teeny蝇头 tiny subatomic亚原子 realm领域,
108
322998
4526
05:39
at the level水平 of electrons电子 and protons质子,
109
327548
3012
在电子和质子的级别上,
05:42
the classical古典 laws法律 of physics物理,
110
330584
1822
我们都熟知和热爱的
05:44
the ones那些 that we all know and love,
111
332430
1840
物理的经典定律,
05:46
they go out the window窗口.
112
334294
1238
不复存在。
05:48
And it's here that the laws法律
of quantum量子 mechanics机械学 kick in.
113
336023
2811
而量子力学定律就在这里展开。
在量子力学中,
05:51
In quantum量子 mechanics机械学,
114
339688
1186
05:52
an electron电子 can be spinning纺织 clockwise顺时针
and anticlockwise逆时针 at the same相同 time,
115
340898
4478
电子可以同时进行
顺时针和逆时针旋转,
05:57
and a proton质子 can be in two places地方 at once一旦.
116
345400
2564
而一个质子可以
同时处于两个位置。
这听起来像科幻小说,
06:01
It sounds声音 like science科学 fiction小说,
117
349940
2123
06:04
but that's only because
the crazy quantum量子 nature性质 of our universe宇宙,
118
352087
4195
但是这仅仅是因为
宇宙的疯狂量子本质,
06:08
it hides itself本身 from us.
119
356306
1671
对我们隐藏了自己,
直到 20 世纪。
06:10
And it stayed hidden from us
until直到 the 20th century世纪.
120
358884
3292
但是现在我们看见了,
整个世界
06:15
But now that we've我们已经 seen看到 it,
the whole整个 world世界 is in an arms武器 race种族
121
363494
3769
都在争相尝试建造量子计算机——
06:19
to try to build建立 a quantum量子 computer电脑 --
122
367287
2276
一种能够利用古怪的
量子行为力量的计算机。
06:22
a computer电脑 that can harness马具 the power功率
of this weird奇怪的 and wacky古怪 quantum量子 behavior行为.
123
370455
4339
这些东西太具有颠覆性了,
06:28
These things are so revolutionary革命的
124
376375
2456
06:30
and so powerful强大
125
378855
1766
而且如此强大,
06:32
that they'll他们会 make today's今天的
fastest最快的 supercomputer超级计算机
126
380645
2353
会使得现在最快的超级计算机
06:35
look useless无用 in comparison对照.
127
383022
2080
相比之下看起来毫无用处。
实际上,对于我们非常
感兴趣的某些问题,
06:37
In fact事实, for certain某些 problems问题
that are of great interest利益 to us,
128
385868
3018
如今最快的超级电脑
更接近于一个算盘,
06:41
today's今天的 fastest最快的 supercomputer超级计算机
is closer接近 to an abacus算盘
129
389633
2611
而不是量子计算机。
06:44
than to a quantum量子 computer电脑.
130
392268
1675
是的,我说的就是那种
带有珠子的小小的木制品。
06:45
That's right, I'm talking about
those little wooden things with the beads.
131
393967
3536
量子计算机可以
模拟化学和生物过程,
06:50
Quantum量子 computers电脑 can simulate模拟
chemical化学 and biological生物 processes流程
132
398477
4268
这远远超出了传统计算机的范围。
06:54
that are far beyond the reach达到
of our classical古典 computers电脑.
133
402769
2906
因此,它们很可能会帮助我们
解决地球上一些最大的问题。
06:58
And as such这样, they promise诺言 to help us solve解决
some of our planet's地球上的 biggest最大 problems问题.
134
406812
5591
他们将帮助我们战胜全球饥饿;
07:05
They're going to help us
combat战斗 global全球 hunger饥饿;
135
413492
2272
应对气候变化,
07:09
to tackle滑车 climate气候 change更改;
136
417074
2317
找到我们迄今为止未能成功的
治疗疾病和全球性传染病的方法,
07:11
to find cures治愈 for diseases疾病 and pandemics流行病
for which哪一个 we've我们已经 so far been unsuccessful不成功;
137
419415
3960
创造超人类的人工智能,
07:16
to create创建 superhuman超人
artificial人造 intelligence情报;
138
424213
2909
以及比所有这些事情都重要的,
07:20
and perhaps也许 even more important重要
than all of those things,
139
428034
2904
它将帮助我们理解宇宙的本质。
07:22
they're going to help us understand理解
the very nature性质 of our universe宇宙.
140
430962
3726
但是伴随着不可思议的潜力,
07:28
But with this incredible难以置信 potential潜在
141
436376
2214
也带来了不可思议的风险。
07:31
comes an incredible难以置信 risk风险.
142
439788
1631
还记得我之前说过的大数字吗?
07:34
Remember记得 those big numbers数字
I talked about earlier?
143
442785
2384
我现在说的不是 851。
07:38
I'm not talking about 851.
144
446152
2099
实际上,如果你们任何人
07:40
In fact事实, if anyone任何人 in here
has been distracted分心
145
448275
2181
因为要找到这些因数而分心,
07:42
trying to find those factors因素,
146
450480
1439
我要把你从苦难中解救出来,
告诉你答案是 23 乘 37 。
07:43
I'm going to put you out of your misery苦难
and tell you that it's 23 times 37.
147
451943
3554
(笑声)
07:47
(Laughter笑声)
148
455521
1194
我要说的是比那大得多的数字。
07:48
I'm talking about the much
bigger number that followed其次 it.
149
456739
2735
虽然当今最快的超级计算机
无法在宇宙生命周期中
07:52
While today's今天的 fastest最快的 supercomputer超级计算机
couldn't不能 find those factors因素
150
460300
3500
07:55
in the life age年龄 of the universe宇宙,
151
463824
2333
找到那些因数,
07:58
a quantum量子 computer电脑
could easily容易 factorize分解 numbers数字
152
466181
2880
但一个量子计算机可以轻易的
08:01
way, way bigger than that one.
153
469085
1567
分解比那大很多很多的数字。
量子计算机将打破我们现在
用来保护大家免受
08:03
Quantum量子 computers电脑 will break打破
all of the encryption加密 currently目前 used
154
471882
3410
08:07
to protect保护 you and I from hackers黑客.
155
475316
1978
黑客攻击的所有加密算法。
08:09
And they'll他们会 do it easily容易.
156
477318
1427
它们会轻松做到的。
让我这样说吧:
08:12
Let me put it this way:
157
480539
1333
如果量子计算是一根长矛,
08:13
if quantum量子 computing计算 was a spear,
158
481896
1770
那么现代加密——
08:16
then modern现代 encryption加密,
159
484666
1535
几十年来一直保护着我们的
牢不可破的系统,
08:18
the same相同 unbreakable牢不可破 system系统
that's protected保护 us for decades几十年,
160
486225
3373
就像是纸巾做的盾牌。
08:21
it would be like a shield屏蔽
made制作 of tissue组织 paper.
161
489622
2658
有权访问量子计算机的任何人
都将拥有万能钥匙,
08:25
Anyone任何人 with access访问 to a quantum量子 computer电脑
will have the master key
162
493578
3988
08:29
to unlock开锁 anything they like
in our digital数字 world世界.
163
497590
2688
可以解锁他们在数字化世界中
喜欢的任何东西。
他们可以从银行偷钱,
08:33
They could steal money from banks银行
164
501293
1812
并控制经济,
08:35
and control控制 economies经济.
165
503129
1431
他们可以关闭医院电源,
或者发射核武器,
08:37
They could power功率 off hospitals医院
or launch发射 nukes核武器.
166
505303
2897
或者他们可以只是坐下来,
通过网络摄像头看着我们,
08:40
Or they could just sit back
and watch all of us on our webcams摄像头
167
508224
3337
08:43
without any of us knowing会心
that this is happening事件.
168
511585
2358
而我们没有人知道发生了什么。
我们习惯使用的
所有计算机上的基本信息单元,
08:49
Now, the fundamental基本的 unit单元 of information信息
on all of the computers电脑 we're used to,
169
517314
3959
08:53
like this one,
170
521297
1505
像这个,
叫做一个“比特”。
08:54
it's called a "bit."
171
522826
1342
一个比特可以处于两个状态之一:
08:56
A single bit can be one of two states状态:
172
524651
2223
08:58
it can be a zero or it can be a one.
173
526898
2259
它可以是 0 或者 1。
当我和地球另一端的妈妈
视频的时候——
09:02
When I FaceTime视频对话 my mum沉默
from the other side of the world世界 --
174
530157
2828
她会因为我做了
这张幻灯片杀了我的——
09:05
and she's going to kill
me for having this slide滑动 --
175
533746
2486
09:08
(Laughter笑声)
176
536256
1395
(笑声)
我们实际上只是在给彼此
发送一长串的 0 和 1,
09:09
we're actually其实 just sending发出 each other
long sequences序列 of zeroes and ones那些
177
537675
3734
09:13
that bounce弹跳 from computer电脑 to computer电脑,
from satellite卫星 to satellite卫星,
178
541433
3202
在计算机之间,卫星之间反复,
高速地传输着我们的数据。
09:16
transmitting发射 our data数据 at a rapid快速 pace步伐.
179
544659
2146
比特当然非常有用。
09:18
Bits are certainly当然 very useful有用.
180
546829
2003
09:20
In fact事实, anything
we currently目前 do with technology技术
181
548856
2696
实际上,我们现在
技术上做的任何事情
09:23
is indebted感激的 to the usefulness用处 of bits.
182
551576
2062
都多亏了比特。
但是我们开始意识到,
09:26
But we're starting开始 to realize实现
183
554840
1389
09:28
that bits are really poor较差的 at simulating模拟
complex复杂 molecules分子 and particles粒子.
184
556253
4515
在模拟复杂的分子和粒子方面,
比特做得很差。
这是因为,在某种意义上,
09:33
And this is because, in some sense,
185
561394
1976
09:35
subatomic亚原子 processes流程 can be doing
two or more opposing反对 things
186
563394
3085
亚原子过程可以同时做两个或更多
相反的事情,
09:38
at the same相同 time
187
566503
1188
09:39
as they follow跟随 these bizarre奇异的 rules规则
of quantum量子 mechanics机械学.
188
567715
2986
因为他们遵循量子力学的
这些怪异规则。
所以,上个世纪后期,
09:43
So, late晚了 last century世纪,
189
571232
1544
一些非常聪明的物理学家
09:44
some really brainy聪明 physicists物理学家
had this ingenious巧妙 idea理念:
190
572800
3217
有了这个巧妙的想法:
09:48
to instead代替 build建立 computers电脑
that are founded成立
191
576041
2001
建立基于量子力学原理的计算机。
09:50
on the principles原则 of quantum量子 mechanics机械学.
192
578066
2090
量子计算机的基本信息单位
09:54
Now, the fundamental基本的 unit单元 of information信息
of a quantum量子 computer电脑,
193
582557
3219
叫做一个“量子比特” (qubit),
09:57
it's called a "qubit量子比特."
194
585800
1248
是 “quantum bit”的缩写。
09:59
It stands站立 for "quantum量子 bit."
195
587582
1800
一个量子比特可以有无限个状态,
10:02
Instead代替 of having just two states状态,
like zero or one,
196
590986
3257
而不再是只有 0 或 1 两个状态。
10:06
a qubit量子比特 can be an infinite无穷
number of states状态.
197
594267
2889
这对应于它同时是 0 和 1 的
10:09
And this corresponds对应 to it being存在
some combination组合 of both zero and one
198
597849
3666
10:13
at the same相同 time,
199
601539
1787
某种组合,
10:15
a phenomenon现象 that we call "superposition叠加."
200
603350
2189
我们称这种现象为“叠加”。
当我们有两个量子比特
叠加在一起时,
10:18
And when we have two qubits量子
in superposition叠加,
201
606569
2705
10:21
we're actually其实 working加工 across横过
all four combinations组合
202
609298
2382
实际上,我们正在研究四种组合,
0 - 0 ,0 - 1 ,1 - 0 ,和 1 - 1。
10:23
of zero-zero零零, zero-one零一,
one-zero一零 and one-one一人.
203
611704
2510
有三个量子比特时,
10:26
With three qubits量子,
204
614940
1346
10:28
we're working加工 in superposition叠加
across横过 eight combinations组合,
205
616310
3241
我们在研究八种组合的叠加状态,
10:31
and so on.
206
619575
1152
以此类推。
每次我们增加一个量子比特,
我们需要同时处理的
10:33
Each time we add a single qubit量子比特,
we double the number of combinations组合
207
621294
3950
叠加状态的组合数量
10:37
that we can work with in superposition叠加
208
625268
3602
将加倍。
10:40
at the same相同 time.
209
628894
1179
所以当我们扩大规模,
处理很多量子比特时,
10:43
And so when we scale规模 up
to work with many许多 qubits量子,
210
631005
2629
10:45
we can work with an exponential指数
number of combinations组合
211
633658
3622
我们需要同时处理的
组合状态数量呈指数型增加。
10:49
at the same相同 time.
212
637304
1319
而这就暗示了量子计算的
力量从何而来。
10:51
And this just hints提示 at where the power功率
of quantum量子 computing计算 is coming未来 from.
213
639440
3635
如今,在现代加密中,
10:56
Now, in modern现代 encryption加密,
214
644964
1327
我们的密钥,
例如大数的分解因子,
10:59
our secret秘密 keys按键, like the two factors因素
of that larger number,
215
647429
3928
11:03
they're just long sequences序列
of zeroes and ones那些.
216
651381
2277
它们只是 0 和 1 的长序列。
为了找到它们,
11:06
To find them,
217
654539
1244
11:07
a classical古典 computer电脑 must必须 go through通过
every一切 single combination组合,
218
655807
4444
一个传统计算机必须
实验所有的组合可能,
11:12
one after the other,
219
660275
1151
一个接着一个,
11:13
until直到 it finds认定 the one that works作品
and breaks休息 our encryption加密.
220
661450
3079
直到找到那对可以
成功破译加密的组合。
但是在量子计算机中,
11:18
But on a quantum量子 computer电脑,
221
666191
1548
有了足够多的
叠加状态的量子比特,
11:20
with enough足够 qubits量子 in superposition叠加,
222
668779
3193
可以在同一时间
从所有组合中提取信息。
11:25
information信息 can be extracted提取
from all combinations组合 at the same相同 time.
223
673001
4331
11:30
In very few少数 steps脚步,
224
678912
1254
只需几个步骤,
11:32
a quantum量子 computer电脑 can brush aside在旁边
all of the incorrect不正确 combinations组合,
225
680190
3974
一个量子计算机就可以
撇开所有不正确的组合,
留住正确的那个,
11:36
home in on the correct正确 one
226
684188
1413
11:37
and then unlock开锁 our treasured secrets秘密.
227
685625
2061
然后解锁我们珍贵的秘密。
在疯狂的量子级别,
11:44
Now, at the crazy quantum量子 level水平,
228
692215
2566
着实令人难以置信的事情发生了。
11:47
something truly incredible难以置信
is happening事件 here.
229
695900
2622
许多顶尖物理学家所拥有的
传统智慧——
11:52
The conventional常规 wisdom智慧
held保持 by many许多 leading领导 physicists物理学家 --
230
700625
3674
这点你们得跟上我——
11:56
and you've got to stay
with me on this one --
231
704323
2619
11:58
is that each combination组合 is actually其实
examined检查 by its very own拥有 quantum量子 computer电脑
232
706966
4423
每个组合实际上
是由自己的量子计算机
在自己的平行宇宙中检验的。
12:03
inside its very own拥有 parallel平行 universe宇宙.
233
711413
2549
每个组合,它们像波浪一样
积聚在水池中。
12:07
Each of these combinations组合,
they add up like waves波浪 in a pool of water.
234
715303
3901
错误的那些组合,
12:12
The combinations组合 that are wrong错误,
235
720085
1986
12:14
they cancel取消 each other out.
236
722095
1978
它们相互抵消掉。
12:16
And the combinations组合 that are right,
237
724097
1760
而那些正确的组合,
12:17
they reinforce加强 and amplify放大 each other.
238
725881
1859
它们加强并相互扩大。
所以在量子计算过程结束时,
12:20
So at the end结束 of the quantum量子
computing计算 program程序,
239
728241
2665
12:22
all that's left is the correct正确 answer回答,
240
730930
2817
留下了的就只是
我们可以在这个宇宙中
12:25
that we can then observe
here in this universe宇宙.
241
733771
2553
看到的正确的答案。
如果你没有完全搞懂,
不要紧张。
12:29
Now, if that doesn't make
complete完成 sense to you, don't stress强调.
242
737575
3136
12:32
(Laughter笑声)
243
740735
1048
(笑声)
12:33
You're in good company公司.
244
741807
1223
有人陪你们。
尼尔斯·波尔,
这个领域的先驱者之一,
12:36
Niels尼尔斯 Bohr玻尔, one of
the pioneers开拓者 of this field领域,
245
744205
3166
他曾经说过任何
认真去思考量子力学
12:39
he once一旦 said that anyone任何人
who could contemplate沉思 quantum量子 mechanics机械学
246
747395
3007
而没有被深深震惊到的人,
12:42
without being存在 profoundly深深 shocked吃惊,
247
750426
2363
12:44
they haven't没有 understood了解 it.
248
752813
1456
只是还没有理解它。
12:46
(Laughter笑声)
249
754293
1427
(笑声)
但是你们已经知道了
我们要面对的,
12:47
But you get an idea理念
of what we're up against反对,
250
755744
2155
以及为什么现在我们的密码学家
12:49
and why it's now up to us cryptographers密码破译
251
757923
2062
12:52
to really step it up.
252
760009
1363
要加紧准备应对它。
12:54
And we have to do it fast快速,
253
762674
2089
而且我们必须行动迅速,
12:56
because quantum量子 computers电脑,
254
764787
2032
因为量子计算机
已经存在于世界各地的实验室中。
12:58
they already已经 exist存在 in labs实验室
all over the world世界.
255
766843
3023
幸运的是,目前,
13:03
Fortunately幸好, at this minute分钟,
256
771248
1897
13:05
they only exist存在
at a relatively相对 small scale规模,
257
773169
2670
它们仅以相对较小的规模存在,
13:07
still too small to break打破
our much larger cryptographic加密 keys按键.
258
775863
3065
规模尚无法攻破我们那些
数量庞大的加密密钥。
13:12
But we might威力 not be safe安全 for long.
259
780127
1684
但是我们安全不了太久了。
有些人认为秘密政府机构
13:14
Some folks乡亲 believe that secret秘密
government政府 agencies机构
260
782968
2496
13:17
have already已经 built内置 a big enough足够 one,
261
785488
1913
已经建立了一个
足够大的量子计算机,
13:19
and they just haven't没有 told anyone任何人 yet然而.
262
787425
1973
只是他们还没有告诉任何人。
一些专家说,还有十年时间。
13:21
Some pundits专家 say
they're more like 10 years年份 off.
263
789961
2429
13:24
Some people say it's more like 30.
264
792414
1860
一些人说更有可能是 30 年。
你们可能认为如果我们
距离量子计算机还有十年之远,
13:27
You might威力 think that
if quantum量子 computers电脑 are 10 years年份 away,
265
795163
2857
我们密码学家肯定还有
足够的时间可以想出办法
13:30
surely一定 that's enough足够 time
for us cryptographers密码破译 to figure数字 it out
266
798044
3064
来及时保护我们的网络。
13:33
and to secure安全 the internet互联网 in time.
267
801132
1694
但是不幸的是,没有那么容易。
13:34
But unfortunately不幸, it's not that easy简单.
268
802850
1887
即使我们忽略进行标准化和部署
13:37
Even if we ignore忽视
the many许多 years年份 that it takes
269
805521
2188
所要花费的多年时间,
然后推出新的加密技术,
13:39
to standardize规范 and deploy部署 and then
roll out new encryption加密 technology技术,
270
807733
3666
13:43
in some ways方法 we may可能 already已经 be too late晚了.
271
811423
2328
在某些方面,
我们可能已经来不及了。
精明的数字犯罪分子和政府机构
13:47
Smart聪明 digital数字 criminals罪犯
and government政府 agencies机构
272
815407
3172
13:50
may可能 already已经 be storing存储
our most sensitive敏感 encrypted加密 data数据
273
818603
4279
可能已经抢在量子计算机
大规模应用之前,
开始存储我们最敏感的机密数据了。
13:54
in anticipation预期 for
the quantum量子 future未来 ahead.
274
822906
2593
外国领导人,
13:59
The messages消息 of foreign国外 leaders领导者,
275
827069
1738
战争将军,
14:02
of war战争 generals将军
276
830100
1355
或者质疑权力的个人,
14:04
or of individuals个人 who question power功率,
277
832653
2162
他们的信息现在是加密的。
14:07
they're encrypted加密 for now.
278
835936
1550
但是只要那一天到来,
14:10
But as soon不久 as the day comes
279
838487
1601
14:12
that someone有人 gets得到 their hands
on a quantum量子 computer电脑,
280
840112
2776
有人有能力操作量子计算机,
14:14
they can retroactively追溯 break打破
anything from the past过去.
281
842912
3126
他们就可以追溯性地
破解过去的一切信息。
在某些政府和金融部门,
14:19
In certain某些 government政府
and financial金融 sectors行业
282
847078
2030
14:21
or in military军事 organizations组织,
283
849132
1403
或在军事机构中,
14:22
sensitive敏感 data数据 has got to remain
classified分类 for 25 years年份.
284
850559
3074
敏感数据必须保密 25 年。
14:26
So if a quantum量子 computer电脑
really will exist存在 in 10 years年份,
285
854273
3180
所以如果量子计算机
真的在十年后出现,
那么这些人晚了 15 年,
14:29
then these guys are already已经
15 years年份 too late晚了
286
857477
2290
14:31
to quantum-proof量子防量 their encryption加密.
287
859791
1710
已经来不及应对量子危机。
所以当世界各地的科学家
14:34
So while many许多 scientists科学家们 around the world世界
288
862858
1976
竞相尝试建造量子计算机时,
14:36
are racing赛跑 to try to build建立
a quantum量子 computer电脑,
289
864858
2903
我们密码学家正迫切
重塑我们的加密系统,
14:39
us cryptographers密码破译 are urgently迫切
looking to reinvent重塑 encryption加密
290
867785
3450
14:43
to protect保护 us long before that day comes.
291
871259
2202
以在那天到来之前保护我们。
我们正在寻找新的数学难题。
14:46
We're looking for new,
hard mathematical数学的 problems问题.
292
874718
2974
我们正在找
像数字分解那样的难题,
14:50
We're looking for problems问题 that,
just like factorization分解,
293
878435
3011
14:53
can be used on our smartphones智能手机
and on our laptops笔记本电脑 today今天.
294
881470
3009
可以用在我们如今的
智能手机和电脑上。
但是不同于数字分解,
我们需要这个难题足够难,
14:57
But unlike不像 factorization分解,
we need these problems问题 to be so hard
295
885596
4375
15:01
that they're even unbreakable牢不可破
with a quantum量子 computer电脑.
296
889995
2846
难到它不能被量子计算机破解。
最近几年,我们一直在
探索更广阔的数学领域,
15:06
In recent最近 years年份, we've我们已经 been digging挖掘 around
a much wider更宽的 realm领域 of mathematics数学
297
894366
3606
15:09
to look for such这样 problems问题.
298
897996
1526
来寻找这样的难题。
我们一直在看那些
15:12
We've我们已经 been looking at numbers数字 and objects对象
299
900205
1971
比你我习惯所见更加奇特的,
15:14
that are far more exotic异国情调
and far more abstract抽象
300
902200
2168
比计算器上的那些抽象得多的
15:16
than the ones那些 that you and I are used to,
301
904392
1956
数字和对象。
15:18
like the ones那些 on our calculators计算器.
302
906372
1597
而且我们相信我们
已经找到了一些几何问题,
15:19
And we believe we've我们已经 found发现
some geometric几何 problems问题
303
907993
2380
可能会有帮助。
15:22
that just might威力 do the trick.
304
910397
1399
它不像那些我们
在高中时用图纸和笔
15:24
Now, unlike不像 those two-二-
and three-dimensional三维 geometric几何 problems问题
305
912383
3063
解决的二维或三维几何问题,
15:27
that we used to have to try to solve解决
with pen钢笔 and graph图形 paper in high school学校,
306
915470
3699
它们大多数定义在 500 个维度以上。
15:31
most of these problems问题 are defined定义
in well over 500 dimensions尺寸.
307
919193
4229
所以它们不只在草纸上
难以描述和解决,
15:36
So not only are they a little hard
to depict描绘 and solve解决 on graph图形 paper,
308
924453
3756
而且我们相信它们超出了
量子计算机的计算范围。
15:40
but we believe they're even
out of the reach达到 of a quantum量子 computer电脑.
309
928233
3472
所以虽然现在还早,
15:45
So though虽然 it's early days,
310
933392
1697
15:47
it's here that we are putting our hope希望
as we try to secure安全 our digital数字 world世界
311
935113
4505
但此时此刻,我们希望
在步入量子未来时,
15:51
moving移动 into its quantum量子 future未来.
312
939642
1970
可以确保我们数字世界的安全。
就像所有其他的科学家,
15:55
Just like all of the other scientists科学家们,
313
943171
1853
15:57
we cryptographers密码破译 are tremendously异常 excited兴奋
314
945048
2163
我们密码学家对于未来
与量子计算机
15:59
at the potential潜在 of living活的 in a world世界
alongside并肩 quantum量子 computers电脑.
315
947235
3857
一起生活的世界感到非常兴奋。
这可能是正义的力量。
16:04
They could be such这样 a force for good.
316
952839
2153
但是无论未来
我们有什么样的技术,
16:09
But no matter what
technological技术性 future未来 we live生活 in,
317
957508
4248
我们的秘密都将一直是
我们人性的一部分,
16:16
our secrets秘密 will always be
a part部分 of our humanity人性.
318
964867
4856
16:22
And that is worth价值 protecting保护.
319
970637
2234
而它们值得被保护。
谢谢。
16:25
Thanks谢谢.
320
973559
1154
16:26
(Applause掌声)
321
974737
3106
(掌声)
Translated by Nan Yang
Reviewed by Jiasi Hao

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ABOUT THE SPEAKER
Craig Costello - Cryptographer
Craig Costello uses mathematics to secure the digital world, both against the threats that exist today and those that may exist in the future.

Why you should listen
Together with his colleagues, Craig Costello builds software with the goal of safeguarding the internet before large-scale quantum computing becomes a reality. He is a senior researcher in the Cryptography and Security Group at Microsoft Research in the USA. He is primarily interested in the cryptographic applications of computational number theory, in particular curve-, pairing- and lattice-based cryptography.
More profile about the speaker
Craig Costello | Speaker | TED.com