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 · 寇斯特羅: 密碼學家、量子電腦和資訊戰

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密碼學家克雷格 · 寇斯特羅的這場演說帶我們一瞥我們的科技未來。他討論到量子電腦可能改變世界的潛力,量子電腦可以撼動現今機器的極限,和讓破解密碼者能擁有數位世界的萬能鑰匙。來看看寇斯特羅和他的密碼學家夥伴們如何努力重新發明加密技術,保護網路。
- 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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00:12
I'm in the business商業
of safeguarding保障 secrets秘密,
0
782
3275
我的工作是保護秘密,
00:16
and this includes包括 your secrets秘密.
1
4081
2172
包括你們的秘密。
00:19
Cryptographers密碼學家 are
the first line of defense防禦
2
7206
2134
在一場已經激烈進行了
數世紀的戰爭中,
00:21
in an ongoing不斷的 war戰爭 that's been
raging憤怒 for centuries百年:
3
9364
3582
密碼專家是第一道防線:
00:24
a war戰爭 between之間 code makers製造商
4
12970
2263
加密者和解密者之間的戰爭。
00:27
and code breakers斷路器.
5
15257
1252
00:29
And this is a war戰爭 on information信息.
6
17030
2094
這是一場資訊戰。
00:32
The modern現代 battlefield戰場
for information信息 is digital數字.
7
20227
3484
現代,資訊的戰場是數位的。
00:35
And it wages工資 across橫過 your phones手機,
8
23735
2162
戰場橫跨你的手機、
你的電腦,和網路。
00:37
your computers電腦
9
25921
1176
00:39
and the internet互聯網.
10
27121
1169
00:41
Our job工作 is to create創建 systems系統 that scramble爭奪
your emails電子郵件 and credit信用 card numbers數字,
11
29299
4979
我們的工作是要設計系統來將
你的電子郵件和信用卡卡號、
你的電話及文字訊息變成亂碼——
00:46
your phone電話 calls電話 and text文本 messages消息 --
12
34302
2259
00:48
and that includes包括 those saucy俏皮 selfies自拍 --
13
36585
2192
也包括那些限制級的自拍——
00:50
(Laughter笑聲)
14
38801
1222
(笑聲)
00:52
so that all of this information信息
can only be descrambled德德拉金德
15
40047
2753
我們要讓這些加密資訊
只能夠被指定的接收者解開。
00:54
by the recipient接受者 that it's intended for.
16
42824
2121
00:58
Now, until直到 very recently最近,
17
46017
2313
一直到最近之前,
01:00
we thought we'd星期三 won韓元 this war戰爭 for good.
18
48354
2555
我們以為已經永久打贏了這場仗。
01:03
Right now, each of your smartphones智能手機
is using運用 encryption加密
19
51694
2945
目前,各位的智慧手機
所用的加密技術
01:06
that we thought was unbreakable牢不可破
and that was going to remain that way.
20
54663
3700
是我們認為無法破解,
且會一直無法破解的加密技術。
01:11
We were wrong錯誤,
21
59654
1940
我們錯了,
01:13
because quantum量子 computers電腦 are coming未來,
22
61618
2386
因為量子電腦要出現了,
01:16
and they're going to change更改
the game遊戲 completely全然.
23
64028
2790
它們會讓局勢完全改觀。
01:20
Throughout始終 history歷史,
cryptography加密 and code-breaking代碼斷開
24
68445
2456
在整個歷史上,密碼學和破解密碼
一直在玩貓捉老鼠的遊戲。
01:22
has always been this game遊戲
of cat and mouse老鼠.
25
70925
2070
01:25
Back in the 1500s,
26
73598
1677
十六世紀時,
01:27
Queen女王 Mary瑪麗 of the Scots蘇格蘭 thought
she was sending發出 encrypted加密 letters
27
75299
3179
蘇格蘭的瑪莉一世女王認為
她所發出的加密信件
01:30
that only her soldiers士兵 could decipher解碼.
28
78502
1977
只有她的士兵能夠解開。
01:33
But Queen女王 Elizabeth伊麗莎白 of England英國,
29
81074
2046
但英格蘭的伊麗莎白
女王的解密者完全勝出。
01:35
she had code breakers斷路器
that were all over it.
30
83144
2400
01:38
They decrypted解密 Mary's瑪麗的 letters,
31
86116
2005
他們破解了瑪莉的信件,
01:40
saw that she was attempting嘗試
to assassinate暗殺 Elizabeth伊麗莎白
32
88145
3173
發現她打算要刺殺伊麗莎白,
01:43
and, subsequently後來,
they chopped切碎的 Mary's瑪麗的 head off.
33
91342
2431
後來,他們便砍下了瑪莉一世的頭。
01:47
A few少數 centuries百年 later後來, in World世界 War戰爭 IIII,
34
95729
2352
幾世紀後,在二次大戰期間,
01:50
the Nazis納粹 communicated傳達
using運用 the Engima恩吉馬 code,
35
98987
2884
納粹使用恩尼格瑪密碼來溝通,
01:53
a much more complicated複雜 encryption加密 scheme方案
that they thought was unbreakable牢不可破.
36
101895
3641
他們認為這種更複雜的
加密方式是無法破解的。
01:58
But then good old Alan艾倫 Turing圖靈,
37
106274
1930
但,接著,好樣的艾倫圖靈,
02:00
the same相同 guy who invented發明
what we now call the modern現代 computer電腦,
38
108228
3035
也就是發明了現代
電腦的那個傢伙,
02:03
he built內置 a machine and used it
to break打破 Enigma.
39
111287
2615
他打造了一台機器
來破解恩尼格瑪密碼。
02:06
He deciphered破譯 the German德語 messages消息
40
114545
1605
他破解了德國人的訊息,協助
阻止了希特勒和他的納粹德國。
02:08
and helped幫助 to bring帶來 Hitler希特勒
and his Third第三 Reich帝國 to a halt.
41
116174
2715
02:11
And so the story故事 has gone走了
throughout始終 the centuries百年.
42
119772
2559
所以,這個故事
已經進行了數個世紀。
02:14
Cryptographers密碼學家 improve提高 their encryption加密,
43
122821
2502
密碼學家改進他們的加密方式,
02:17
and then code breakers斷路器 fight鬥爭 back
and they find a way to break打破 it.
44
125347
3138
接著,破解密碼的人又反擊,
找出方式來破解。
02:20
This war's戰爭 gone走了 back and forth向前,
and it's been pretty漂亮 neck頸部 and neck頸部.
45
128969
3387
這場戰爭你來我往,競爭激烈。
02:25
That was until直到 the 1970s,
46
133533
2715
直到七○年代,
02:28
when some cryptographers密碼破譯
made製作 a huge巨大 breakthrough突破.
47
136272
2660
一些密碼學家有了重大的突破。
02:31
They discovered發現 an extremely非常
powerful強大 way to do encryption加密
48
139781
3561
他們發現了一種
極強大的加密方式,
02:35
called "public-key公開金鑰 cryptography加密."
49
143366
1752
叫做「公開金鑰密碼學」。
02:37
Unlike不像 all of the prior methods方法 used
throughout始終 history歷史, it doesn't require要求
50
145839
4275
和過去使用過的所有方法不同,
打算交換機密資訊的雙方
不用事前交換秘密金鑰。
02:42
that the two parties派對 that want to send發送
each other confidential機密 information信息
51
150138
3607
02:45
have exchanged交換 the secret秘密 key beforehand預先.
52
153769
2059
公開金鑰密碼學的美好之處就在於
02:48
The magic魔法 of public-key公開金鑰 cryptography加密
is that it allows允許 us to connect securely安全
53
156602
4112
它讓我們能夠和世界上
任何一個人進行安全的連結,
02:52
with anyone任何人 in the world世界,
54
160738
1544
02:55
whether是否 we've我們已經 exchanged交換
data數據 before or not,
55
163481
2869
不論我們以前是否交換過資料,
02:58
and to do it so fast快速 that you and I
don't even realize實現 it's happening事件.
56
166374
3662
且它的速度超快,快到你我
都還沒意識到之前就已經完工。
03:03
Whether是否 you're texting發短信 your mate伴侶
to catch抓住 up for a beer啤酒,
57
171001
3238
不論是你傳訊息約好友出來喝酒,
03:06
or you're a bank銀行 that's transferring轉移
billions數十億 of dollars美元 to another另一個 bank銀行,
58
174263
4247
或者你是一間銀行,
要轉數十億美金給另一家銀行,
現代加密方式讓我們能夠
03:10
modern現代 encryption加密 enables使 us
to send發送 data數據 that can be secured安全
59
178534
3051
在幾毫秒的時間內
就完成安全的資料傳輸。
03:13
in a matter of milliseconds毫秒.
60
181609
2021
03:17
The brilliant輝煌 idea理念 that makes品牌
this magic魔法 possible可能,
61
185502
2882
讓這種魔法成為可能的聰明想法
03:20
it relies依賴 on hard mathematical數學的 problems問題.
62
188408
2527
要仰賴困難的數學問題。
03:23
Cryptographers密碼學家 are deeply interested有興趣
in things that calculators計算器 can't do.
63
191623
3834
密碼學家對於計算機
做不到的事都深感興趣。
03:29
For example, calculators計算器 can multiply
any two numbers數字 you like,
64
197250
3401
比如,計算機可以
把任何兩個數字相乘,
03:32
no matter how big the size尺寸.
65
200675
1686
不論數字多大。
03:35
But going back the other way --
66
203175
1941
但換個方向——
03:37
starting開始 with the product產品 and then asking,
67
205140
2218
先從乘積開始,接著問:
03:39
"Which哪一個 two numbers數字 multiply
to give this one?" --
68
207382
2365
「哪兩個數字相乘會得到
這個乘積?」——
03:41
that's actually其實 a really hard problem問題.
69
209771
2381
那就是困難的問題。
03:45
If I asked you to find which哪一個 two-digit兩位數
numbers數字 multiply to give 851,
70
213358
4591
若我請你找出哪兩個數字
相乘會得到 851,
即使有計算機,
03:51
even with a calculator計算器,
71
219051
1192
03:52
most people in this room房間 would have
a hard time finding發現 the answer回答
72
220267
3107
這裡大部分的人也很難
在這場演說結束前解出答案。
03:55
by the time I'm finished with this talk.
73
223398
1916
03:57
And if I make the numbers數字 a little larger,
74
225338
2661
如果我用大一點的數字,
04:00
then there's no calculator計算器 on earth地球
that can do this.
75
228023
3657
地球上就沒有一台
計算機能找出答案來。
04:03
In fact事實, even the world's世界
fastest最快的 supercomputer超級計算機
76
231704
2883
事實上,就連世界上
最快的超級電腦,
04:06
would take longer
than the life age年齡 of the universe宇宙
77
234611
2490
也要花上比宇宙生命更長的時間
04:09
to find the two numbers數字
that multiply to give this one.
78
237125
2872
才找得出是哪兩個數字
相乘得到這個乘積。
04:13
And this problem問題,
called "integer整數 factorization分解,"
79
241029
3341
這個問題叫做
「整數的因數分解」,
各位現在的智慧手機和筆電
04:16
is exactly究竟 what each of your smartphones智能手機
and laptops筆記本電腦 is using運用 right now
80
244394
3626
就是使用這個方法
來確保資料的安全性。
04:20
to keep your data數據 secure安全.
81
248044
1534
04:22
This is the basis基礎 of modern現代 encryption加密.
82
250254
2417
它是現代加密技術的基礎。
04:26
And the fact事實 that all the computing計算 power功率
on the planet行星 combined結合 can't solve解決 it,
83
254266
4210
既然地球上所有的計算能力
結合起來都無法破解它,
04:30
that's the reason原因 we cryptographers密碼破譯
thought we'd星期三 found發現 a way
84
258500
2873
因此我們密碼學家便認為
我們已經找到方法
04:33
to stay ahead of the code
breakers斷路器 for good.
85
261397
2258
可以永遠領先破解密碼者了。
04:37
Perhaps也許 we got a little cocky自大
86
265131
1652
也許我們太驕傲了,
04:39
because just when we thought
the war戰爭 was won韓元,
87
267902
2346
因為就在我們自以為
已經打了勝仗時,
04:42
a bunch of 20th-centuryTH-世紀 physicists物理學家
came來了 to the party派對,
88
270272
2938
一群二十世紀的
物理學家加入戰局,
04:45
and they revealed透露
that the laws法律 of the universe宇宙,
89
273234
2679
他們點出,宇宙的定律,
04:47
the same相同 laws法律 that modern現代
cryptography加密 was built內置 upon,
90
275937
2595
也就是做為現代密碼學
基礎的那些定律,
04:51
they aren't as we thought they were.
91
279422
1815
它們並非我們所想的那樣。
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
我們認為一個物體不可能
同時出現在兩個地方。
04:58
It's not the case案件.
93
286262
1541
並非如此。
04:59
We thought nothing can possibly或者 spin
clockwise順時針 and anticlockwise逆時針
94
287827
3712
我們以為沒有任何東西能夠
同時順時鐘又逆時鐘轉動。
05:03
simultaneously同時.
95
291563
1285
05:05
But that's incorrect不正確.
96
293265
1387
但那並不正確。
05:07
And we thought that two objects對象
on opposite對面 sides雙方 of the universe宇宙,
97
295173
3710
我們以為在宇宙
相對兩邊的兩個物體,
05:10
light years年份 away from each other,
98
298907
2301
相距數光年之遠,
05:13
they can't possibly或者 influence影響
one another另一個 instantaneously瞬間.
99
301232
3566
它們就不可能即時影響彼此。
05:17
We were wrong錯誤 again.
100
305932
1247
我們又錯了。
05:20
And isn't that always the way
life seems似乎 to go?
101
308403
2209
人生似乎總是這樣,不是嗎?
05:22
Just when you think you've got
everything covered覆蓋, your ducks鴨子 in a row,
102
310636
3396
就在你以為你什麼
都考慮了也準備好了,
卻出現一票物理學家,
點出宇宙的基本定律
05:26
a bunch of physicists物理學家 come along沿
103
314056
1555
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
和你所想的完全不一樣?
這把一切都搞砸了。
05:31
to what you thought?
105
319351
1161
05:32
(Laughter笑聲)
106
320536
1058
(笑聲)
05:33
And it screws螺絲 everything up.
107
321618
1356
05:34
See, in the teeny蠅頭 tiny subatomic亞原子 realm領域,
108
322998
4526
在非常微小的次原子領域中,
05:39
at the level水平 of electrons電子 and protons質子,
109
327548
3012
在電子和光子的層級上,
05:42
the classical古典 laws法律 of physics物理,
110
330584
1822
我們知道且喜愛的物理標準定律,
05:44
the ones那些 that we all know and love,
111
332430
1840
05:46
they go out the window窗口.
112
334294
1238
都可以丟掉了。
05:48
And it's here that the laws法律
of quantum量子 mechanics機械學 kick in.
113
336023
2811
這就要談到量子力學的定律了。
在量子力學中,
05:51
In quantum量子 mechanics機械學,
114
339688
1186
05:52
an electron電子 can be spinning紡織 clockwise順時針
and anticlockwise逆時針 at the same相同 time,
115
340898
4478
電子可以同時順時鐘
和逆時鐘轉動,
05:57
and a proton質子 can be in two places地方 at once一旦.
116
345400
2564
光子可以同時位在兩個地方。
06:01
It sounds聲音 like science科學 fiction小說,
117
349940
2123
聽起來很科幻,
06:04
but that's only because
the crazy quantum量子 nature性質 of our universe宇宙,
118
352087
4195
但那只是因為我們的宇宙
有著很瘋狂的量子特性,
06:08
it hides itself本身 from us.
119
356306
1671
這特性隱藏著沒被我們發現。
06:10
And it stayed hidden from us
until直到 the 20th century世紀.
120
358884
3292
一直藏到二十世紀才被我們發現。
06:15
But now that we've我們已經 seen看到 it,
the whole整個 world世界 is in an arms武器 race種族
121
363494
3769
但現在我們知道了,
全世界都加入軍備競賽,
06:19
to try to build建立 a quantum量子 computer電腦 --
122
367287
2276
比賽建造量子電腦——
06:22
a computer電腦 that can harness馬俱 the power功率
of this weird奇怪的 and wacky古怪 quantum量子 behavior行為.
123
370455
4339
量子電腦可以利用
這種怪異量子行為的力量。
06:28
These things are so revolutionary革命的
124
376375
2456
這種電腦非常具有革命性
06:30
and so powerful強大
125
378855
1766
且非常強大,
06:32
that they'll他們會 make today's今天的
fastest最快的 supercomputer超級計算機
126
380645
2353
厲害到會讓現今最快的超級電腦
06:35
look useless無用 in comparison對照.
127
383022
2080
相較之下都變得很沒用。
06:37
In fact事實, for certain某些 problems問題
that are of great interest利益 to us,
128
385868
3018
事實上,針對我們
很感興趣的某些問題,
06:41
today's今天的 fastest最快的 supercomputer超級計算機
is closer接近 to an abacus算盤
129
389633
2611
現今最快的超級電腦還比較
接近算盤,而非量子電腦。
06:44
than to a quantum量子 computer電腦.
130
392268
1675
06:45
That's right, I'm talking about
those little wooden things with the beads.
131
393967
3536
是的,算盤就是那些
有珠子在上頭的木製品。
06:50
Quantum量子 computers電腦 can simulate模擬
chemical化學 and biological生物 processes流程
132
398477
4268
量子電腦能模擬化學和生物過程,
06:54
that are far beyond the reach達到
of our classical古典 computers電腦.
133
402769
2906
遠超過我們的標準電腦
能做到的程度。
06:58
And as such這樣, they promise諾言 to help us solve解決
some of our planet's地球上的 biggest最大 problems問題.
134
406812
5591
因此,量子電腦保證
能協助我們解決
地球上一些最大的問題。
07:05
They're going to help us
combat戰鬥 global全球 hunger飢餓;
135
413492
2272
它們可以協助我們對抗全球飢荒,
07:09
to tackle滑車 climate氣候 change更改;
136
417074
2317
處理氣候變遷,
07:11
to find cures治愈 for diseases疾病 and pandemics流行病
for which哪一個 we've我們已經 so far been unsuccessful不成功;
137
419415
3960
針對我們目前沒輒的
疾病和流行病找出解藥,
07:16
to create創建 superhuman超人
artificial人造 intelligence情報;
138
424213
2909
創造出超人類的人工智慧,
07:20
and perhaps也許 even more important重要
than all of those things,
139
428034
2904
還有,可能比上述這些都更重要的是
07:22
they're going to help us understand理解
the very nature性質 of our universe宇宙.
140
430962
3726
能協助我們了解宇宙的本質。
07:28
But with this incredible難以置信 potential潛在
141
436376
2214
但,這麼驚人的潛能
07:31
comes an incredible難以置信 risk風險.
142
439788
1631
也伴隨著極大的風險。
07:34
Remember記得 those big numbers數字
I talked about earlier?
143
442785
2384
還記得我先前談到的那些大數字嗎?
07:38
I'm not talking about 851.
144
446152
2099
我指的不是 851。
07:40
In fact事實, if anyone任何人 in here
has been distracted分心
145
448275
2181
事實上,如果在座有人分心
去試著找出那些因數,
07:42
trying to find those factors因素,
146
450480
1439
07:43
I'm going to put you out of your misery苦難
and tell you that it's 23 times 37.
147
451943
3554
我來幫你從痛苦中解脫,
答案是 23 乘以 37。
07:47
(Laughter笑聲)
148
455521
1194
(笑聲)
07:48
I'm talking about the much
bigger number that followed其次 it.
149
456739
2735
我指的是在 857 之後
更大更大的那個數字。
07:52
While today's今天的 fastest最快的 supercomputer超級計算機
couldn't不能 find those factors因素
150
460300
3500
雖然現今最快的超級電腦
花上宇宙一生的時間
07:55
in the life age年齡 of the universe宇宙,
151
463824
2333
也無法找出那些因數,
07:58
a quantum量子 computer電腦
could easily容易 factorize分解 numbers數字
152
466181
2880
但量子電腦能夠將
比那個數字更大許多的數字
08:01
way, way bigger than that one.
153
469085
1567
輕易拆解成因數。
08:03
Quantum量子 computers電腦 will break打破
all of the encryption加密 currently目前 used
154
471882
3410
量子電腦能破解目前用來保護你我
抵禦駭客的所有加密技術。
08:07
to protect保護 you and I from hackers黑客.
155
475316
1978
08:09
And they'll他們會 do it easily容易.
156
477318
1427
且輕輕鬆鬆就能辦到。
08:12
Let me put it this way:
157
480539
1333
讓我這麼說:
08:13
if quantum量子 computing計算 was a spear,
158
481896
1770
如果量子計算是一支長矛,
08:16
then modern現代 encryption加密,
159
484666
1535
那現代的加密系統,
08:18
the same相同 unbreakable牢不可破 system系統
that's protected保護 us for decades幾十年,
160
486225
3373
也就是數十年都沒被破解,
一直在保護我們的系統,
08:21
it would be like a shield屏蔽
made製作 of tissue組織 paper.
161
489622
2658
它就像是用衛生紙做的盾牌。
08:25
Anyone任何人 with access訪問 to a quantum量子 computer電腦
will have the master key
162
493578
3988
任何人只要能夠使用量子電腦,
就等於拿到一把萬能鑰匙,
08:29
to unlock開鎖 anything they like
in our digital數字 world世界.
163
497590
2688
在數位世界,他們想要
解鎖什麼就能解鎖什麼。
08:33
They could steal money from banks銀行
164
501293
1812
他們能從銀行偷錢,
08:35
and control控制 economies經濟.
165
503129
1431
控制經濟,
08:37
They could power功率 off hospitals醫院
or launch發射 nukes核武器.
166
505303
2897
能讓醫院斷電或者發射核彈,
08:40
Or they could just sit back
and watch all of us on our webcams攝像頭
167
508224
3337
還可以只是坐著,透過網路攝影機
08:43
without any of us knowing會心
that this is happening事件.
168
511585
2358
監視我們,不會被我們知道。
08:49
Now, the fundamental基本的 unit單元 of information信息
on all of the computers電腦 we're used to,
169
517314
3959
在我們現在所使用的電腦上,
像這台電腦上,資訊的基礎單位
08:53
like this one,
170
521297
1505
08:54
it's called a "bit."
171
522826
1342
叫做「位元」。
08:56
A single bit can be one of two states狀態:
172
524651
2223
單一個位元可能有兩種狀態:
08:58
it can be a zero or it can be a one.
173
526898
2259
它可能是零或一。
09:02
When I FaceTime視頻對話 my mum沉默
from the other side of the world世界 --
174
530157
2828
我媽在世界的另一端,
當我和她視訊通話時,
09:05
and she's going to kill
me for having this slide滑動 --
175
533746
2486
她看到這張投影片一定會殺了我——
09:08
(Laughter笑聲)
176
536256
1395
(笑聲)
09:09
we're actually其實 just sending發出 each other
long sequences序列 of zeroes and ones那些
177
537675
3734
我們其實只是發送一串
又一串的零和一給彼此,
09:13
that bounce彈跳 from computer電腦 to computer電腦,
from satellite衛星 to satellite衛星,
178
541433
3202
它們會在電腦及衛星間彈來彈去,
快速傳輸我們的資料。
09:16
transmitting發射 our data數據 at a rapid快速 pace步伐.
179
544659
2146
09:18
Bits are certainly當然 very useful有用.
180
546829
2003
位元非常有用,無庸置疑。
09:20
In fact事實, anything
we currently目前 do with technology技術
181
548856
2696
事實上,我們目前
用科技所做的任何事,
09:23
is indebted感激的 to the usefulness用處 of bits.
182
551576
2062
都受惠於這些好用的位元。
09:26
But we're starting開始 to realize實現
183
554840
1389
但,我們開始了解到位元很不擅長
09:28
that bits are really poor較差的 at simulating模擬
complex複雜 molecules分子 and particles粒子.
184
556253
4515
模擬複雜的分子和粒子。
09:33
And this is because, in some sense,
185
561394
1976
原因是因為,在某種意義上,
09:35
subatomic亞原子 processes流程 can be doing
two or more opposing反對 things
186
563394
3085
次原子過程可以同時進行
兩件以上相反的事情,
09:38
at the same相同 time
187
566503
1188
09:39
as they follow跟隨 these bizarre奇異的 rules規則
of quantum量子 mechanics機械學.
188
567715
2986
因為它們遵循的是
這些怪異的量子力學規則。
09:43
So, late晚了 last century世紀,
189
571232
1544
所以,上個世紀末,
09:44
some really brainy聰明 physicists物理學家
had this ingenious巧妙 idea理念:
190
572800
3217
一些非常聰明的物理學家
想出了一個天才點子:
09:48
to instead代替 build建立 computers電腦
that are founded成立
191
576041
2001
改用量子力學的原則來建造電腦。
09:50
on the principles原則 of quantum量子 mechanics機械學.
192
578066
2090
09:54
Now, the fundamental基本的 unit單元 of information信息
of a quantum量子 computer電腦,
193
582557
3219
在量子電腦上,資訊的基礎單位
09:57
it's called a "qubit量子比特."
194
585800
1248
叫做「量子位」。
09:59
It stands站立 for "quantum量子 bit."
195
587582
1800
是「量子位元」的簡稱。
10:02
Instead代替 of having just two states狀態,
like zero or one,
196
590986
3257
量子位不只有零和一兩個狀態,
10:06
a qubit量子比特 can be an infinite無窮
number of states狀態.
197
594267
2889
它可以有無限多個狀態。
10:09
And this corresponds對應 to it being存在
some combination組合 of both zero and one
198
597849
3666
因為它可以同時是零和一的組合,
10:13
at the same相同 time,
199
601539
1787
10:15
a phenomenon現象 that we call "superposition疊加."
200
603350
2189
這種現象被我們稱為「疊加」。
10:18
And when we have two qubits量子
in superposition疊加,
201
606569
2705
當有兩個量子位疊加時,
10:21
we're actually其實 working加工 across橫過
all four combinations組合
202
609298
2382
我們其實是在處理全部四種組合:
10:23
of zero-zero零零, zero-one零一,
one-zero一零 and one-one一人.
203
611704
2510
零和零、零和一、
一和零、一和一。
10:26
With three qubits量子,
204
614940
1346
有三個量子位時,
10:28
we're working加工 in superposition疊加
across橫過 eight combinations組合,
205
616310
3241
我們就有八種組合的疊加,
10:31
and so on.
206
619575
1152
以此類推。
10:33
Each time we add a single qubit量子比特,
we double the number of combinations組合
207
621294
3950
每當我們增加一個量子位,
我們同時能用的
10:37
that we can work with in superposition疊加
208
625268
3602
疊加組合數目就會加倍。
10:40
at the same相同 time.
209
628894
1179
10:43
And so when we scale規模 up
to work with many許多 qubits量子,
210
631005
2629
所以,當我們擴大規模,
使用許多量子位時,
10:45
we can work with an exponential指數
number of combinations組合
211
633658
3622
我們同時能夠用的組合數目
會是指數增加。
10:49
at the same相同 time.
212
637304
1319
10:51
And this just hints提示 at where the power功率
of quantum量子 computing計算 is coming未來 from.
213
639440
3635
從這點就可以略知
量子電腦的能力從何而來。
10:56
Now, in modern現代 encryption加密,
214
644964
1327
在現代的加密技術中,
10:59
our secret秘密 keys按鍵, like the two factors因素
of that larger number,
215
647429
3928
我們的秘密金鑰,比如
那個大數字的兩個因數,
11:03
they're just long sequences序列
of zeroes and ones那些.
216
651381
2277
它們都是長串的零和一。
11:06
To find them,
217
654539
1244
要找出它們,標準的電腦
11:07
a classical古典 computer電腦 must必須 go through通過
every一切 single combination組合,
218
655807
4444
必須把所有可能組合
一組一組試過,
11:12
one after the other,
219
660275
1151
11:13
until直到 it finds認定 the one that works作品
and breaks休息 our encryption加密.
220
661450
3079
直到找到行得通的組合,
就破解了我們的加密。
11:18
But on a quantum量子 computer電腦,
221
666191
1548
但在量子電腦上,
11:20
with enough足夠 qubits量子 in superposition疊加,
222
668779
3193
只要有足夠的疊加量子位,
11:25
information信息 can be extracted提取
from all combinations組合 at the same相同 time.
223
673001
4331
就可以同時從
所有組合來擷取資訊。
只要少數幾個步驟,
11:30
In very few少數 steps腳步,
224
678912
1254
11:32
a quantum量子 computer電腦 can brush aside在旁邊
all of the incorrect不正確 combinations組合,
225
680190
3974
量子電腦就能把所有
不正確的組合排除,
11:36
home in on the correct正確 one
226
684188
1413
鎖定正確的組合,
11:37
and then unlock開鎖 our treasured secrets秘密.
227
685625
2061
接著揭露我們寶貴的秘密。
11:44
Now, at the crazy quantum量子 level水平,
228
692215
2566
在瘋狂的量子層級上,
11:47
something truly incredible難以置信
is happening事件 here.
229
695900
2622
發生的現象非常不可思議。
11:52
The conventional常規 wisdom智慧
held保持 by many許多 leading領導 physicists物理學家 --
230
700625
3674
許多頂尖物理學家
所擁有的傳統知識是——
11:56
and you've got to stay
with me on this one --
231
704323
2619
你們要專心聽我說,別分神——
11:58
is that each combination組合 is actually其實
examined檢查 by its very own擁有 quantum量子 computer電腦
232
706966
4423
每種組合其實是
在它自己的平行宇宙中,
由它自己的量子電腦來檢查。
12:03
inside its very own擁有 parallel平行 universe宇宙.
233
711413
2549
12:07
Each of these combinations組合,
they add up like waves波浪 in a pool of water.
234
715303
3901
每個組合加在一起,
就像一池水中的水波。
12:12
The combinations組合 that are wrong錯誤,
235
720085
1986
錯誤的組合
12:14
they cancel取消 each other out.
236
722095
1978
會彼此抵消。
12:16
And the combinations組合 that are right,
237
724097
1760
正確的組合
12:17
they reinforce加強 and amplify放大 each other.
238
725881
1859
會強化、放大彼此。
12:20
So at the end結束 of the quantum量子
computing計算 program程序,
239
728241
2665
所以,在量子計算程式結束時,
12:22
all that's left is the correct正確 answer回答,
240
730930
2817
留下來的就只有正確答案,
12:25
that we can then observe
here in this universe宇宙.
241
733771
2553
我們在這個宇宙中
就可以觀察到這個答案。
12:29
Now, if that doesn't make
complete完成 sense to you, don't stress強調.
242
737575
3136
如果你覺得還無法
完全理解,別擔心。
12:32
(Laughter笑聲)
243
740735
1048
(笑聲)
12:33
You're in good company公司.
244
741807
1223
你不孤單。
12:36
Niels尼爾斯 Bohr玻爾, one of
the pioneers開拓者 of this field領域,
245
744205
3166
尼爾斯 · 波耳是
這個領域的先鋒之一,
12:39
he once一旦 said that anyone任何人
who could contemplate沉思 quantum量子 mechanics機械學
246
747395
3007
他曾經說過,如果有人
在深入思考量子力學時
12:42
without being存在 profoundly深深 shocked吃驚,
247
750426
2363
沒被深深驚嚇到,
那他就還沒搞懂量子力學。
12:44
they haven't沒有 understood了解 it.
248
752813
1456
12:46
(Laughter笑聲)
249
754293
1427
(笑聲)
12:47
But you get an idea理念
of what we're up against反對,
250
755744
2155
但你們多少了解了我們在對抗什麼,
12:49
and why it's now up to us cryptographers密碼破譯
251
757923
2062
及為什麼現在要靠
我們密碼學家來加把勁了。
12:52
to really step it up.
252
760009
1363
12:54
And we have to do it fast快速,
253
762674
2089
且我們的動作要快,
12:56
because quantum量子 computers電腦,
254
764787
2032
因為量子電腦
12:58
they already已經 exist存在 in labs實驗室
all over the world世界.
255
766843
3023
已經存在於世界各地的實驗室中。
13:03
Fortunately幸好, at this minute分鐘,
256
771248
1897
幸運的是,此刻,
13:05
they only exist存在
at a relatively相對 small scale規模,
257
773169
2670
它們相對還算小規模的電腦,
13:07
still too small to break打破
our much larger cryptographic加密 keys按鍵.
258
775863
3065
還太小到無法破解
我們更大的密碼學金鑰。
13:12
But we might威力 not be safe安全 for long.
259
780127
1684
但安全的日子可能不長了。
有些人相信,政府有些秘密機構
已經建立出了夠大的量子電腦,
13:14
Some folks鄉親 believe that secret秘密
government政府 agencies機構
260
782968
2496
13:17
have already已經 built內置 a big enough足夠 one,
261
785488
1913
13:19
and they just haven't沒有 told anyone任何人 yet然而.
262
787425
1973
只是還沒有告訴任何人。
13:21
Some pundits專家 say
they're more like 10 years年份 off.
263
789961
2429
有些行家說大概還有十年的距離。
13:24
Some people say it's more like 30.
264
792414
1860
有些人說比較可能是三十年。
你們可能想,倘若
量子電腦十年後才會出現,
13:27
You might威力 think that
if quantum量子 computers電腦 are 10 years年份 away,
265
795163
2857
我們密碼學家當然有足夠的時間
想辦法及時保護網路的安全。
13:30
surely一定 that's enough足夠 time
for us cryptographers密碼破譯 to figure數字 it out
266
798044
3064
13:33
and to secure安全 the internet互聯網 in time.
267
801132
1694
但,不幸的是,沒那麼簡單。
13:34
But unfortunately不幸, it's not that easy簡單.
268
802850
1887
即使我們忽略
還要花許多年的時間
13:37
Even if we ignore忽視
the many許多 years年份 that it takes
269
805521
2188
13:39
to standardize規範 and deploy部署 and then
roll out new encryption加密 technology技術,
270
807733
3666
才能將一項新的加密技術
標準化、部署、再推出,
13:43
in some ways方法 we may可能 already已經 be too late晚了.
271
811423
2328
在某些層面上我們已經太遲了。
13:47
Smart聰明 digital數字 criminals罪犯
and government政府 agencies機構
272
815407
3172
聰明的數位罪犯和政府機構
13:50
may可能 already已經 be storing存儲
our most sensitive敏感 encrypted加密 data數據
273
818603
4279
可能因為預期將來會是量子的未來,
而已經在儲存我們
最敏感的加密資料。
13:54
in anticipation預期 for
the quantum量子 future未來 ahead.
274
822906
2593
13:59
The messages消息 of foreign國外 leaders領導者,
275
827069
1738
來自外國領袖、
14:02
of war戰爭 generals將軍
276
830100
1355
戰爭指揮官
14:04
or of individuals個人 who question power功率,
277
832653
2162
或執疑當權者的人的訊息
14:07
they're encrypted加密 for now.
278
835936
1550
目前有加密。
14:10
But as soon不久 as the day comes
279
838487
1601
但隨時間過去,
14:12
that someone有人 gets得到 their hands
on a quantum量子 computer電腦,
280
840112
2776
有人取得了量子電腦,
14:14
they can retroactively追溯 break打破
anything from the past過去.
281
842912
3126
就能追溯回去,破解
過去的任何加密資訊。
14:19
In certain某些 government政府
and financial金融 sectors行業
282
847078
2030
在某些政府和財務部門
或在軍事組織中,
14:21
or in military軍事 organizations組織,
283
849132
1403
14:22
sensitive敏感 data數據 has got to remain
classified分類 for 25 years年份.
284
850559
3074
敏感的資料被列為
二十五年之久的機密。
14:26
So if a quantum量子 computer電腦
really will exist存在 in 10 years年份,
285
854273
3180
如果十年後真的會出現量子電腦,
14:29
then these guys are already已經
15 years年份 too late晚了
286
857477
2290
那麼,這些人也遲了十五年
才開始想把加密做到能對付量子,
14:31
to quantum-proof量子防量 their encryption加密.
287
859791
1710
14:34
So while many許多 scientists科學家們 around the world世界
288
862858
1976
雖然全世界許多科學家
14:36
are racing賽跑 to try to build建立
a quantum量子 computer電腦,
289
864858
2903
在比賽誰先建造出量子電腦,
14:39
us cryptographers密碼破譯 are urgently迫切
looking to reinvent重塑 encryption加密
290
867785
3450
我們密碼學家則是急著
想辦法重新發明加密技術,
14:43
to protect保護 us long before that day comes.
291
871259
2202
在那天到來之前就先保護好我們。
14:46
We're looking for new,
hard mathematical數學的 problems問題.
292
874718
2974
我們在尋找新的、困難的數學問題。
14:50
We're looking for problems問題 that,
just like factorization分解,
293
878435
3011
我們在尋找類似
因數拆解這樣的問題,
14:53
can be used on our smartphones智能手機
and on our laptops筆記本電腦 today今天.
294
881470
3009
可以用在我們現今的
智慧手機和筆電上。
14:57
But unlike不像 factorization分解,
we need these problems問題 to be so hard
295
885596
4375
但,我們需要的問題
遠比因數拆解更困難,
15:01
that they're even unbreakable牢不可破
with a quantum量子 computer電腦.
296
889995
2846
難到用量子電腦也無法破解。
15:06
In recent最近 years年份, we've我們已經 been digging挖掘 around
a much wider更寬的 realm領域 of mathematics數學
297
894366
3606
這幾年,我們在
更廣泛的數學領域中
試圖找到這樣的問題。
15:09
to look for such這樣 problems問題.
298
897996
1526
我們在研究的那些數字和物體
奇特、抽象的程度遠超過
15:12
We've我們已經 been looking at numbers數字 and objects對象
299
900205
1971
15:14
that are far more exotic異國情調
and far more abstract抽象
300
902200
2168
你我習慣的那些,
比如我們計算機上的那些。
15:16
than the ones那些 that you and I are used to,
301
904392
1956
15:18
like the ones那些 on our calculators計算器.
302
906372
1597
我們相信,我們已經找到了
一些可能可以用的幾何問題。
15:19
And we believe we've我們已經 found發現
some geometric幾何 problems問題
303
907993
2380
15:22
that just might威力 do the trick.
304
910397
1399
15:24
Now, unlike不像 those two-二-
and three-dimensional三維 geometric幾何 problems問題
305
912383
3063
不像我們在高中時用筆和座標紙
就能解開的二維、三維幾何問題,
15:27
that we used to have to try to solve解決
with pen鋼筆 and graph圖形 paper in high school學校,
306
915470
3699
15:31
most of these problems問題 are defined定義
in well over 500 dimensions尺寸.
307
919193
4229
我們找的問題大部分都定義在
至少五百維的空間上。
15:36
So not only are they a little hard
to depict描繪 and solve解決 on graph圖形 paper,
308
924453
3756
因此不僅難以畫座標紙
來解出這些問題,
15:40
but we believe they're even
out of the reach達到 of a quantum量子 computer電腦.
309
928233
3472
我們相信連量子電腦也拿它們沒輒。
15:45
So though雖然 it's early days,
310
933392
1697
所以,雖然現在還在初期,
我們把希望放在這裡,
15:47
it's here that we are putting our hope希望
as we try to secure安全 our digital數字 world世界
311
935113
4505
在我們的數位世界邁向量子未來
之際,努力讓它還能保有安全性。
15:51
moving移動 into its quantum量子 future未來.
312
939642
1970
15:55
Just like all of the other scientists科學家們,
313
943171
1853
和所有其他科學家一樣,
15:57
we cryptographers密碼破譯 are tremendously異常 excited興奮
314
945048
2163
我們密碼學家對於
有可能見到量子電腦
15:59
at the potential潛在 of living活的 in a world世界
alongside並肩 quantum量子 computers電腦.
315
947235
3857
出現在我們的世界上,
感到非常興奮。
16:04
They could be such這樣 a force for good.
316
952839
2153
它們可能成為強大的正義力量。
16:09
But no matter what
technological技術性 future未來 we live生活 in,
317
957508
4248
但,不論我們的科技未來
是什麼樣子的,
16:16
our secrets秘密 will always be
a part部分 of our humanity人性.
318
964867
4856
我們的秘密將永遠是人類的一部分。
16:22
And that is worth價值 protecting保護.
319
970637
2234
那是值得去保護的。
16:25
Thanks謝謝.
320
973559
1154
謝謝。
16:26
(Applause掌聲)
321
974737
3106
(掌聲)
Translated by Lilian Chiu
Reviewed by Helen Chang

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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