Komputery kwantowe – nadzieja czy zagrożenie cyberbezpieczeństwa?

Wyścig do stworzenia pierwszego powszechnie stosowanego komputera kwantowego trwa – być może wkrótce poznamy producenta, który jako pierwszy przekroczy metę i sięgnie po złoto. Czy maszyny kwantowe będą w stanie wyprzedzić najlepsze współczesne superkomputery? Z pewnością. Czy wiele zmienią w naszej codziennej pracy? To zależy. Jak wpłyną na cyberbezpieczeństwo? To stało się przyczyną rozważań Raportu: Quantum Computing i Cyberbezpieczeństwo.

Tajemniczy komputer kwantowy

Sekret wielkiej mocy komputera kwantowego to tak naprawdę jego zdolność do generowania i manipulowania bitami kwantowymi lub inaczej kubitami – cząsteczkami subatomowymi, takimi jak elektrony lub fotony. Kubity są w stanie wygenerować znacznie większą moc obliczeniową niż odpowiadająca im ilość bitów, które znamy z dzisiejszych komputerów. Dzieje się tak dlatego, że reprezentują wiele możliwych kombinacji 1 i 0 jednocześnie. Zdolność ta jest określana mianem superpozycji. Pozwala ona komputerom kwantowym procesować ogromną liczbę potencjalnych wyników w tym samym momencie.

Firmy prześcigają się w próbach generowania kubitów. IBM i Google wykorzystują do tego celu superobwody nadprzewodzące, schłodzone do temperatury niższej niż ta w najdalszych zakątkach kosmosu. Inne firmy, jak m.in. IonQ zatrzymują pojedyncze atomy w polach elektromagnetycznych w ramach krzemowego chipa zamkniętego dodatkowo w komorach ultra-próżniowych.

Wykorzystanie dziś

Tradycyjne urządzenia będą nadal najłatwiejszym i najbardziej ekonomicznym narzędziem do rozwiązywania wielu problemów. I choć definicja maszyn kwantowych wydaje się pochodzić rodem z filmów science-fiction, technologia ta już umacnia swoją pozycję w niektórych obszarach gospodarki – m.in. inżynierii materiałowej czy badaniach farmaceutycznych.

Producenci samochodów, m.in. Volkswagen i Daimer wykorzystują symulację zachowania materii w próbach zwiększenia wydajności akumulatorów. Firmy farmaceutyczne z wykorzystaniem maszyn kwantowych analizują i porównują związki chemiczne, które mogą prowadzić do tworzenia nowych, lepszych leków. Airbus z kolei z ich pomocą optymalizuje zużycie paliwa tworząc najbardziej efektywne trasy znoszenia i osiadania samolotów.

Quantum Computing a Cyberbezpieczeństwo

Czy komputery kwantowe stanowią spory problem dla branży cyberbezpieczeństwa? Specjaliści są zgodni co do tego, że ich ogromna moc obliczeniowa może doprowadzić do złamania powszechnie używanych kluczy szyfrujących. Największe ryzyko środowisko widzi dla kryptowalut i technologii blockchain. Komputery kwantowe mogą tam naprawdę namieszać, gdyż algorytmy szyfrujące oparte o krzywe eliptyczne, dziś uznawane za najbezpieczniejsze, przestaną być zabezpieczeniem.

Z pewnością nie nastąpi to jeszcze dziś, ale być może za mniej niż dekadę. Dlatego specjaliści już teraz starają się opracować nowe podejście do kryptografii, które będzie w stanie wytrzymać przyszłe ataki kwantowe. Naukowcy we współpracy z firmami technologicznymi pracują także nad stworzeniem ultra-bezpiecznej sieci komunikacyjnej, która mogłaby posłużyć jako podstawa dla przyszłego kwantowego internetu.

– Stwierdzenie, że zostało nam jeszcze kilka względnie bezpiecznych lat wielu nie zadowala. Wystarczy cofnąć się do pierwszych doniesień o domniemanej supremacji kwantowej Google’a. Wiele osób – w tym amerykańscy politycy – podeszło do tematu zero-jedynkowo: żadne dane nie są już bezpieczne. Trzeba sobie jednak jasno powiedzieć, że zdecydowanie tak nie jest. Oczywiście, obecne metody szyfrowania w końcu ulegną pod kwantowym naciskiem, ale nie wydarzy się w to kolejnych miesiącach – twierdzi Karolina Dzierżyńska, autorka Centrum Bezpieczeństwa Xopero –  Istotne jest, że jesteśmy świadomi zagrożenia. Największe ośrodki badawcze na świecie pracują nad rozwiązaniem tego problemu już od kilku lat – dodaje.

A czy już teraz branża cyberbezpieczeństwa może praktycznie wykorzystać osiągniecia quantum computingu? Tak, można m.in. zabezpieczać przesyłane dane za pomocą quantum key distribution (QKD). Na czym właściwie ono polega? Zaszyfrowane dane wysyła się w postaci klasycznych bitów, podczas gdy klucze konieczne do ich odszyfrowania są przesyłane pod postacią kubitów. Na świecie powstaje coraz więcej sieci tego typu. Najdłuższa z nich znajduje się w Chinach – liczy 2032 km i łączy Pekin z Szanghajem. QKD nastęcza jednak kilku problemów – zwłaszcza w kwestii podróży kubitów, czy możliwości skopiowania danych przez przestępców, którym udałoby się złamać zabezpieczenia.

Nasuwa się więc pytanie, kiedy dzisiejsze cyberbezpieczeństwo stanie się przestarzałe? Jak twierdzą specjaliści – mamy przed sobą jeszcze kilka „bezpiecznych” lat. Obecne komputery kwantowe nie są w stanie złamać powszechnie stosowanych metod szyfrowania. Nie zmienia to faktu, że kryptografia stanowiąca podstawę dzisiejszego bezpiecznego internetu i e-commerce pewnego dnia ulegnie kwantowemu atakowi. Dlatego już dziś naukowcy pracują nad ich alternatywą.