„Google“ pristatė kvantinės kompiuterijos lustą: ką tai reiškia kriptografijai?

„Google“ pristatė kompiuterinį lustą, kuris per kelias minutes atlieka užduotis, kurioms atlikti įprastai prireiktų kvadrilijonų metų

Techologijų milžinė atskleidė „protu nesuvokiamą“ naujovę. Ši mikroschema yra vos 4 centimetrų kvadratėlis ir pasižymi neįsivaizduojamu greičiu. „Google“ sukūrė kvantinio kompiutero lustą, kuris per maždaug penkias minutes atlieka užduotis, kurioms atlikti kitu atveju prireiktų iki 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 metų, jei būtų naudojamas greičiausias pasaulyje kompiuteris.

Tai yra dešimt septilijonų arba dešimt kvadrilijonų metų. Šis lustas yra naujausias kvantinės kompiuterijos, kurioje bandoma pasinaudoti dalelių fizikos principais kuriant naujo tipo galingus kompiuterius, pasiekimas^[1].

Willow luste, naujausiame Google kūrinyje, įdiegtos svarbiausios proveržio funkcijos ir „atveriamas kelias į naudingą, didelės apimties kvantinį kompiuterį“. Tačiau Willow šiuo metu yra eksperimentinis įrenginys, ir nors šie kvantiniai kompiuteriai yra pakankamai galingi, kad išspręstų daugelį problemų, iki naujovės įgyvendinimo dar liko daug metų ir milijardai dolerių.

Kalifornijos valstijoje, Santa Barbaros paplūdimio miestelyje pagamintas naujasis lustas galėtų pagreitinti naujų vaistų kūrimą, nes labai pagreitintų eksperimentinį kūrimo etapą. Nepriklausomo Jungtinės Karalystės eksperto teigimu, kelios nuo 2021 m. pasirodžiusios ataskaitos rodo, kad kvantiniai skaičiavimai gali būti vos per penkerius metus tapti pakankamai galingi, kad iš esmės pakeistų naujų medžiagų - nuo vaistų iki baterijų - kūrimo būdus^[2].

Tačiau ta pati galia, kuri gali paskatinti medicinos laimėjimus, kelia ir susirūpinimą. Kvantiniai kompiuteriai gali pažeisti šifravimo metodus, kuriais šiuo metu saugoma slapta informacija. Reaguodamos į tai, tokios bendrovės kaip „Apple“ jau stengiasi apsaugoti savo sistemas. Vasario mėnesį „Apple“ paskelbė, kad „iMessage“ šifravimas tapo „atsparus kvantinėms technlogijoms“, kad būtų išvengta būsimų kvantinių kompiuterių keliamų grėsmių^[3].

„Google“ kvantinio dirbtinio intelekto laboratorija, kuriai vadovauja Hartmutas Nevenas - projekto ‚vyriausiasis optimistas‘, kuria naują Willow sistemą. H. Nevenas sakė, kad „Willow“ bus naudojama praktinėms reikmėms, tačiau konkrečių detalių jis nepateikė. Jis pažymėjo, kad komerciniai kvantiniai lustai greičiausiai nebus paruošti iki šio dešimtmečio pabaigos.

Iš pradžių šie kvantiniai kompiuterių lustai bus naudojami sistemoms, kuriose kvantiniai efektai vaidina svarbų vaidmenį, modeliuoti. Tai apima tokias svarbias sritis kaip branduolinės sintezės reaktorių projektavimas, vaistų kūrimas ir geresnių automobilių akumuliatorių kūrimas. Pasak Neveno, galimų taikymo sričių sąrašas yra ilgas.

Tačiau, nors potencialas yra jaudinantis, ekspertai taip pat įspėja apie riziką. Nesiimant tinkamų apsaugos priemonių, kvantiniai skaičiavimai gali pažeisti net pažangiausią šifravimą ir sukelti pavojų pasauliniam kibernetiniam saugumui.

Kvantinė kompiuterija kelia didelę grėsmę dabartinėms saugumo sistemoms

„Google“ kvantinio skaičiavimo lustas gali atlikti sudėtingiausias užduotis per 5 minutes, o tai gali reikšti, kad kriptovaliutos saugumui atėjo galas. Dabar galingiausia kriptovaliuta „Bitcoin“ kasybai naudoja tokius šifravimo algoritmus, kaip SHA-256, o parašui - ECDSA. Jie gali būti pažeidžiami šios naujos kvantinės technologijos.

Kai „Google“ atskleidė apie naują lustą Willow, daugelis pradėjo panikuoti ir diskutuoti apie kriptovaliutos problemą. Ši technologija reiškia, kad jokie slaptažodžiai nėra saugūs, užšifruoti pranešimai gali būti perimti, o branduolinių ginklų kodai - prieinami.

Galingas kompiuteris gali atrakinti beveik bet ką, grubiai (brute-force) išgaudamas skaičių ir raidžių kombinacijas. Tačiau tai nėra taip baisu. Kolkas. Ši technologija iš tiesų kelia didelę grėsmę įvairioms šiuo metu turimoms saugumo sistemoms, tačiau ji nėra pasiruošusi atrakinti pagrindinio visatos rakto. Bitkoinui taip pat negresia pavojus.

Kvantinė kompiuterija remiasi kvantinės mechanikos principais ir vietoj tradicinių bitų naudoja kvantinius bitus arba kubitus. Bitai pateikiami 0 arba 1, o kubitai dėl tokių reiškinių, kaip superpozicija ir susietumas, vienu metu pateikia ir 0, ir 1. Būtent todėl kvantiniai kompiuteriai gali vienu metu atlikti kelis skaičiavimus ir spręsti įprastiniams kompiuteriams sunkiai išsprendžiamus uždavinius.

Kriptovaliutų sektorius dar turi laiko sukurti kvantams atsparius algoritmus

Willow inovacija yra labai svarbus žingsnis siekiant sukurti praktinį didelio masto kvantinį kompiuterį. Jame naudojami 105 kubitai ir demonstruojamas eksponentinis klaidų mažėjimas didėjant kubitų skaičiui. Bitkoinas remiasi tokiais algoritmais, kaip SHA-256, skirtais kasybai, ir ECDSA, skirtais skaitmeniniams parašams. Nors šiandien šie algoritmai yra saugūs, ateityje jie gali būti pažeidžiami kvantinių kompiuterių.

Tačiau net ir tokios pažangios kvantinės sistemos kaip „Google“ sukurtas Willow dar nėra pakankamai galingos, kad įveiktų plačiai naudojamus šifravimo metodus, tokius kaip RSA, ECC ar AES. Kvantinis kompiuteris turėtų dideliu greičiu faktorizuoti didelius skaičius, o tam reikia daug didesnės skaičiavimo galios, nei šiuo metu įmanoma.

Norint tai pasiekti, reikėtų milijonų ar net milijardų „kubitų“ - kvantinių kompiuterių sudedamųjų dalių - su itin mažu klaidų dažniu. Dabartiniai kvantiniai kompiuteriai, įskaitant Google Willow, nė iš tolo neprilygsta tokiam lygiui.

Norint įveikti tokį šifravimą kaip RSA ar ECC naudojant Šoro algoritmą, reikėtų maždaug 5 000 loginių kubitų. Tačiau tam reikėtų milijonų fizinių kubitų. Naujausiame „Google“ luste yra tik 105 fiziniai kubitai - vis dar toli gražu ne tiek, kiek reikia šifravimui nulaužti. Tai suteikia tokioms pramonės šakoms, kaip kriptovaliutos, šiek tiek erdvės atsikvėpti ir laiko pasivyti. Kūrėjai jau dirba prie kvantams atsparaus šifravimo, kad išvengtų būsimų pavojų.