Kvantová apokalypsa pre dnešné šifrovanie môže prísť skôr, než sa čakalo. Vedci hovoria o kvantovom zlome
Kvantové počítače sa môžu priblížiť k prelomeniu dnešného šifrovania skôr, než sa čakalo. Nový výskum naznačuje, že namiesto miliónov qubitov by im mohli stačiť desaťtisíce.
Predstav si, že tvoje bankové heslo, súkromné správy či kryptomeny by raz dokázal prelomiť počítač v priebehu niekoľkých dní. Ešte donedávna to znelo ako vzdialené sci-fi. Nové odhady však naznačujú, že táto hrozba sa môže priblížiť oveľa skôr, než sa čakalo.
Nový výskum z Caltechu v spolupráci s firmou Oratomic priniesol zistenie, ktoré môže výrazne zmeniť pohľad na vývoj kvantových počítačov. Funkčný kvantový počítač odolný voči chybám by podľa autorov mohol potrebovať len 10 000 až 20 000 qubitov namiesto miliónov, s ktorými sa rátalo doteraz. V preklade to znamená, že prakticky využiteľné kvantové počítače by sa mohli objaviť už na konci tejto dekády.
Najväčší problém kvantových počítačov môže mať nové riešenie
Kľúčom k tomuto posunu je nová architektúra opravy chýb, ktorá má byť výrazne efektívnejšia než doterajšie prístupy. Tím vedený profesorom Manuelom Endresom navrhol metódu, ktorá môže dramaticky znížiť počet qubitov potrebných na to, aby kvantový počítač pracoval spoľahlivo.
„Roky sme sa učili, ako čo najlepšie využiť schopnosť kvantových počítačov s neutrálnymi atómami presúvať a preusporadúvať qubity podľa potreby. Práve vďaka tomu sa nám teraz podarilo výrazne znížiť počet qubitov, ktorý by bol potrebný na prakticky využiteľné kvantové výpočty,“ uviedla Madelyn Cain, vedúca teoretická vedkyňa v Oratomic.
Celý trik spočíva v tom, že tento typ kvantového počítača vie s qubitmi pracovať oveľa pružnejšie než iné prístupy. Vedci ich dokážu pomocou laserov presúvať a prepájať aj na väčšiu vzdialenosť, takže systém nemusí byť tak „nabúchaný“ obrovským množstvom qubitov ako doteraz.
Z milióna qubitov na desaťtisíce. Prečo je to taký veľký rozdiel?
Doteraz sa pri kvantových počítačoch počítalo s tým, že na jeden skutočne použiteľný qubit treba obrovské množstvo ďalších qubitov navyše, ktoré len opravujú chyby. V praxi to znamenalo, že ak by mal mať takýto stroj približne 1 000 qubitov na samotné výpočty, celkovo by ich potreboval okolo milióna. Práve preto sa funkčné kvantové počítače zdali ešte veľmi ďaleko.
Neprehliadni
Nový prístup to mení. Vedci navrhli spôsob, pri ktorom sa qubity dajú využiť oveľa úspornejšie, takže ich netreba toľko ako pri starších riešeniach. A práve to je dôvod, prečo zrazu nehovoríme o miliónoch, ale „len“ o desaťtisícoch.
„Je až prekvapivé, ako dobre to funguje. Hovoríme o ultraefektívnej oprave chýb,“ uviedol Manuel Endres, profesor fyziky na Caltechu.
Podľa autorov by tak na jeden použiteľný qubit mohlo stačiť približne päť fyzických qubitov namiesto zhruba tisícky, s ktorou počítali doterajšie prístupy.
Súčasné šifrovanie môže mať oveľa menej času, než sme si mysleli
Desaťtisíc qubitov stále znie ako obrovské číslo. Lenže ešte nedávno sa pri podobných úvahách hovorilo o miliónoch. Aj preto je tento posun taký dôležitý. Kvantové počítače sú síce stále len na začiatku, no rozdiel medzi tým, čo máme dnes, a tým, čo by raz mohlo ohroziť dnešné šifrovanie, už nepôsobí tak vzdialene ako pred pár rokmi. Caltech napríklad nedávno predstavil pole so 6 100 neutrálnymi atómami, takže táto hranica zrazu nevyzerá úplne mimo reality.
Ak sa tieto odhady potvrdia, problém sa nebude týkať len vedcov v laboratóriách. V hre je bezpečnosť digitálnej komunikácie, teda finančných transakcií, firemných dát aj súkromných správ. Veľká časť dnešného internetu stojí na šifrovaní, ktoré by raz kvantové počítače mohli prekonať. To neznamená, že sa to stane zajtra, ale znamená to, že čas na prípravu sa môže skracovať.
Najsilnejšie na tom sú konkrétne čísla. Podľa autorov by kvantový počítač s touto architektúrou potreboval približne 9 998 qubitov na prelomenie kryptografie s eliptickými krivkami za 1 000 dní. Ak by ich mal okolo 26 000, rovnakú úlohu by mohol zvládnuť za jediný deň. V prípade RSA-2048 sa už hovorí približne o 100 000 qubitoch a asi desiatich dňoch výpočtu.
Na výmenu dnešného šifrovania môže zostať menej času, než sa čakalo
Hsin-Yuan Huang z Oratomic priznáva, že ešte donedávna považoval podobné úvahy za niečo, čo patrí skôr do vzdialenej budúcnosti. Nová štúdia ho však presvedčila, že praktické využitie veľkých kvantových algoritmov nemusí byť otázkou ďalších desaťročí, ale možno už najbližších rokov.
„Výskum veľkých kvantových algoritmov som dlho vnímal ako tému vzdialenej budúcnosti. Táto štúdia mi však ukázala, že by sa to mohlo zmeniť oveľa skôr, možno už v priebehu najbližších rokov,“ uviedol Hsin-Yuan Huang, CTO spoločnosti Oratomic.
Podobne to vidí aj John Preskill, jeden zo seniorských autorov štúdie, ktorý sa kvantovým počítačom venuje celé desaťročia. Podľa neho sa tento cieľ už nezdá tak vzdialený ako kedysi. Stručne to zhrnul slovami: „Konečne sa k nemu začíname približovať.“
Ak sa tieto odhady potvrdia, dôsledky pocíti celý internet
Ak sa tieto odhady ukážu ako realistické, banky, firmy aj štáty budú musieť začať meniť dnešné šifrovanie skôr, než sa ešte nedávno zdalo. Nie preto, že by bol kolaps dnešného šifrovania za rohom, ale preto, že prechod na nové štandardy je pomalý, drahý a v citlivých systémoch sa nedá spraviť na poslednú chvíľu.
Zároveň by bola chyba pozerať sa na kvantové počítače len ako na hrozbu. Ak sa ich raz podarí postaviť v dostatočne výkonnej a stabilnej podobe, môžu pomôcť aj tam, kde dnešné stroje narážajú na strop, či už pri vývoji nových materiálov, liekov alebo pri riešení extrémne zložitých vedeckých úloh.
Práve v tom je celý paradox. Tá istá technológia, ktorá môže jedného dňa oslabiť dnešné šifrovanie, môže zároveň priniesť obrovský vedecký a technologický posun.
