初创公司将量子安全应用于USB和软件狗

英国初创公司Quantum Base, Ltd.是少数几家押注量子计算好处的公司之一，即使没有量子计算机。

这家成立6年半的公司之所以成立，很大程度上是因为它的技术领袖对开发真正的量子计算机需要很长时间感到沮丧，并希望为他所学到的东西找到一种实际的、即时的用途在他自己的研究中。

英国皇家学会研究员、兰开斯特大学(Lancaster University)物理学教授罗伯特·杨(Robert Young)表示:“在距离商业化还有很长一段路要走的情况下，从事量子信息处理工作让我非常不满意。”他在6.5年前与英国连续创业者菲利普·斯皮德(Philip Speed)共同创立了量子基地。

该公司是一所大学的分支机构，仍然在它诞生的物理系中，在夏天从隐形状态中走出来，寻找有兴趣授权纳米级量子IP的公司，这些IP可以提供真正的随机数加密和不可猜测、不可更改的物理不可克隆功能(PUF)用于认证。

杨说:“将量子物理应用于安全领域吸引我的是这些应用的短期性。”“如果你看看大多数量子计算机，它们需要冷却到几乎绝对零度，只使用少量量子比特，看起来距离在现实世界中使用还有很长的路要走，即使到那时，由于成本原因，它可能只对少数组织有用。我们不会那样做的。我们正在把一些量子力学原理带到现实世界中。”Young说。

该公司有多达13种产品配置，包括其三个基本产品的变体。

的电子显微镜图像Q-RAND,资料来源:D. Granados, IMDEA纳米科学，马德里

首先是Q-RAND它是一种全数字量子随机数发生器，在英国受到三项专利的保护，可以内置到USB或加密狗中，也可以嵌入到设备的芯片组中，资源成本仅为少数加入CMOS的二极管制造过程。

它提供用户透明的随机数生成，以创建严格加密的一次性或流数据链接。

Quantum Base USB量子随机数发生器。

另外两种产品，Q-ID电子而且Q-ID光学两者都支持终端用户身份验证、防伪设备标签、身份证身份验证、药品验证和其他应用，或作为可靠的信任根身份验证在线验证设备所有权。

价格范围从0.04 c/标签到0.001 c/标签的光学版本。全硅Q-ID Electron可以通过USB访问，也可以内置在新设备的处理器中。

这两种芯片都将在2019年实现芯片集成。

PUF ID功能来自于包含大约200个谐振隧穿二极管根据2015年的一篇论文，量子阱在粒子通过时提供了一种独特的光谱模式，很难或不可能重现或预测发表Young和他的团队于2015年11月在《自然》杂志的“科学报告”上发表了这篇文章。

随机数发生器很常见，也很容易理解，但也要在确定性系统上仔细计算，这些系统经常对电磁白噪声或其他一些高熵数据源进行采样，以使其输出更具随机性。

从理论上讲，能够充分利用叠加态和量子纠缠的量子计算机可能非常强大，以至于它们可以制定各种数字加密方案和安全防范措施无关紧要的一夜．

National-security-level对这种可能性的焦虑引发了整个行业致力于补救这种灾难的可能性——主要是通过将当前的加密和安全措施连接到被认为足以应对后量子安全的版本。

像D-Wave这样专门研究量子的公司正在用量子退火系统进军;传统HPC开发者像IBM这样的是赛车谷歌和其他超大规模数据中心提供商在最短的时间内获得最多的量子计算类计算。

谷歌，据报道有72个量子比特的机器吗在其实验室中运行，以及在机器学习应用程序方面的领先地位，可以更容易地创建所需的算法和编程结构，定义如何使用量子位而不是比特来解决问题2017年3月3日发表在《自然》杂志上的论文该公司的目标是在五年内将量子计算技术商业化。

然而，同一篇论文还表示，至少需要十年时间才能制造出“终极机器”，这是“一台能够容忍噪音和错误，原则上可以应用于任何问题的数字量子计算机”。

9月24日，美国能源部宣布投资2.18亿美元，以加速量子信息服务(QIS)这一新兴领域的进展。

斯毕德说，“也有大量(风险)资本投入”到市场中，但并没有像风投所希望的那样加速发展。“如果你看看那些提供随机数生成器的人，甚至是伪随机数生成器，而不是量子生成器，90%的人都有大而昂贵的包装。我们开发了第一个纯电子量子随机数发生器，它是一个二极管，工作在纳米级。

Speed说:“我们授权的产品成本非常低，在模具上占用的空间也很小。”“它必须与现有的产品兼容，所以我们专注于一种可以在CMOS中工作的设计，而且不会占用太多空间。PUF大约是10 × 200的二极管，不到1平方微米，而且成本，我们还没有确切的成本想法，但它更像是1美元或几美元，而不是10万美元。”

基本上是量子力学描述设备的行为，但它不是量子计算机。它实际上是完全数字化的。”“我们确实需要小于22纳米的晶体管，因为这是我们所接受的量子力学效应开始显现的地方，但它是在使用CMOS的标准晶圆上完成的。”

然而，杨说，传统版本和量子版本之间的安全级别差异很大。传统的基于SRAM的puf是基于晶体管在设备开机和第一次充电时的宏观反应差异。Young说，打开和关闭的门的模式和响应时间创造了一种独特的模式，可以识别特定的芯片，但也容易受到逆向工程或克隆的影响。

“如果我有足够的资源，我可以克隆芯片的那一部分，并查看它的矩阵，所以它本身并不安全，”Young说。“与我们使用的几百个二极管相比，SRAM puf在芯片上占用了更多的空间，我们的特性来自于原子尺度的缺陷，所以你只需要很少的功率和空间，实际上不可能进行逆向工程。”

斯毕德说:“我们最近开始稍微扩张，但实际上我们花的钱很少。”“我们有一些大量的研究经费和奖学金从美国空军那里得到了100万美元，并且能够与大学合作，但它非常精简。所有的知识产权都归公司所有我们拥有所有的专利这项技术几乎可以应用于任何领域——确保供应链安全，确保通信安全。

“我们有光学和数字版本的PUF，我们可以从QRNB中分离出来，或者你可以把它们一起使用，在一个安全的环境中，你可以验证硬件，加密通信，并在一个架构中完成，”Speed说。

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