Painel IV

1. Painel IV Aplicações da Teoria da Computação Quântica III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

2. Participantes Coordenador: Renato Portugal Relator: Edmar Candeia Debatedores: Francisco Assis Raimundo Carlos Silvério Freire Rex Antônio da Costa Medeiros Rubens Viana Ramos Geraldo Alexandre Barbosa Ouvintes: Antônio Cândido Faleiros Maj Ângelo Márcio Cardoso Ribeiro Borzino AFP Bruno Vianna Medeiros Denivaldo Lima Fernando Marques Borges III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

3. Richard Feymann Bio: 1918/EUA/MIT/Princeton/Caltech/Nobel 1965/EletrodinâmicaQuântica/cientista + conhecido/ProjetoManhatan/Challenger Shuttle  “Para umatecnologiatersucesso, a realidadedeveterprecedênciasobre as relaçõespúblicas, jáque a Naturezanãopode ser enganada." Nanotecnologia Mili(1/1.000) -> Micro (1/1.000.000) -> Nano(1/1.000.000.000) ComputaçãoQuântica Simulação de sistemasquânticos III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

4. Bio: 1959/EUA/Matemática Caltech/ PhD emMatemática MIT/ PrêmioNevanlinna 1998/ Prêmio Gödel 1999/ Algoritmoquânticoparafatorar e logaritmodiscreto/ Ameaças à Criptografia David Deutsch Peter Shor Bio: 1953/Israel/Física/Universidade de Oxford/Prêmio Dirac 1998/ Máquina de Turing Quântica/ PrimeiroAlgoritmoQuântico + rápido/Livros de DivulgaçãoCientífica III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

5. Computação Quântica É a área da computação que usa princípios quânticos para computar, transmitir e armazenar dados. O bit é a unidade básica da informação clássica (0 ou 1) O qubit é a unidade básica da informação quântica (0 e 1 em superposição) Os dados 0 e 1 representam situações físicas excludentes classicamente, porém coexistem quanticamente gerando o paralelismo quântico. O resultado de uma “computação quântica” deve ser medido gerando uma sequência de 0s e 1s segundo uma distribuição de probabilidades. III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

6. Criptografia Quântica Distribuição de chaves (sequência aleatória de 0s e 1s) usando princípios quânticos (fótons em fibras óticas) O sistema de geração de chaves é incondicionalmente perfeito (sem falhas de princípios) Principais fraquezas: 1. Detectores óticos imperfeitos 2. Fibras óticas de baixa eficiência 3. Ruídos físicos Limites atuais: aprox. 250 Km com taxa de 15 bit/s III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

7. Criptografia Quântica Objetivos da criptografia quântica: 1. Aumentar a taxa de bits seguros 2. Aumentar a distância 3. Construir uma rede de distribuição de chaves Empresas atuantes no setor: próximo slide III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

8. Empresas Comerciais Mercado em geral confinado a instituições de pesquisa e empresas para fazer uso experimental Toshiba ID Quantique MagicQ 8

9. Gerador de Números Aleatórios Princípios da mecânica quântica paragerar bits aleatórios III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

10. Empresas Comerciais ID QuantiqueSuíça QRBGCroácia Podemos obter números aleatórios quânticos da webpage http://www.randomnumbers.info

11. Hardware Quântico Atualmente é possível simular 42 qubits (Julich Supercomputing center) Record atual do hardware quântico: 12 qubits Não está claro qual é o melhor sistema físico Propostas: 1. Armadilha de íons 2. Chip ótico 3. Ressonância magnética nuclear 4. Cavidades ressonantes 5. Pontos quânticos 6. Supercondutores 7. Chips baseados em estado sólido (silício) III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

12. Hardware Quântico Condições de DiVincenzo: 1. Controle/Inicialização 2. Armazenamento: tempo de coerência suficiente 3. Leitura do resultados 4. Escalabilidade 5. Universalidade Empresas atuantes no setor: D-Wave (computador de 128 qubits) Crítica: http://scottaaronson.com/blog/?p=225 III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

13. Algoritmos e Códigos Quânticos Algoritmos de Shor (fatoração , cálculo de logaritmo discreto) e Grover (busca em banco de dados não-estruturados) são paradigmas Hoje existem centenas de algoritmos quânticos (+ rápidos) Exemplos 1. Soluções da equação de Pell 2. Achar triângulos em grafos 3. Busca em grafos 4. Comutabilidade de elementos de um grupo 5. Decomposição de grupos abelianos 6. Soluções de equações line Não existe ainda uma linguagem de programação quântica III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

14. Algoritmos e Códigos Quânticos Existem algoritmos quânticos cujas soluções estão em superposição Exemplos 1. Soluções da equação lineares 2. Transformada de Fourier rápida 3. Operações aritméticas Não existe ainda uma linguagem de programação quântica Existem códigos corretores de erros quânticos eficientes. Os códigos são necessários.

15. Simulação de Sistemas Quânticos usando Computador Quântico A simulação de sistemas físicos clássicos com computação clássica é um sucesso (aplicações industriais, sociais, científicas, etc.) Computadores clássicos não podem simular sistemas quânticos Computadores quânticos podem simular sistemas quânticos Aplicações industriais da simulação quântica são evidendtes(Ex. conformação minimal de proteínas para produção de remédios) III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional

16. Propostas do Painel IV Estimular um esfoço nacional para produção de protótipo de portas quânticas, em qualquer tipo de sistema físico (Ex. Armadilha de íons, chip ótico) Produção prática de distribuição de chaves quânticas Estimular as agências financiadoras (Finep, CNPq, etc) lançar editais na área Estimular a formação de pesquisadores na área Trazer especialistas internacionais ou enviar alunos para doutorado sanduíche Alerta: não podemos ficar para trás na tecnologia do chip quântico III Senasic - Seminário Nacional de Segurança da Informação e Criptografia COMSIC – Comunidade de Segurança da Informação e Criptografia GSI - Gabinete de Segurança Institucional