Gadgetshowto
Calculul cuantic a rămas pe vârful unei revoluții tehnologice în cea mai bună parte a ultimului deceniu. Cu toate acestea, descoperirea promisă nu pare încă mai apropiată decât acum câțiva ani. Între timp, chiar dacă investițiile continuă să curgă, experții ridică întrebări incomode cu privire la faptul dacă reprezintă sfârșitul vieții private așa cum o știm noi. Deci, ce este calculul cuantic, în ce se deosebește de computerele tradiționale și de ce cercetătorii sună la alarmă? Vom încerca să răspundem astăzi la toate aceste întrebări.
Ce este calculul cuantic și cum amenință securitatea cibernetică
În timp ce computerele cuantice actuale ne-au oferit o privire asupra a ceea ce este capabilă tehnologia, încă nu a ajuns nicăieri în apropierea potențialului său maxim. Totuși, promisiunea unei puteri neînfrânate este cea care ridică problemele profesioniștilor în securitate cibernetică. Astăzi, vom afla mai multe despre aceste preocupări și pașii pe care îi fac cercetătorii pentru a le aborda. Deci, fără alte întrebări, să verificăm ce sunt calculatoarele cuantice, cum funcționează și ce fac cercetătorii pentru a ne asigura că nu vor fi coșmarurile de securitate. Cuprins + -
Ce este calculul cuantic?
Calculatoarele cuantice sunt mașini care utilizează proprietățile mecanicii cuantice, cum ar fi suprapunerea și încurcarea, pentru a rezolva probleme complexe. În mod obișnuit, acestea furnizează cantități masive de putere de procesare, cu un ordin de mărime mai mare decât chiar și cele mai mari și mai puternice supercalculatoare moderne. Acest lucru le permite să rezolve anumite probleme de calcul, cum ar fi factorizarea numărului întreg, substanțial mai rapid decât computerele obișnuite.
Introdus în 2019, se spune că procesorul Google Sycamore de 53 qubit a atins supremația cuantică, împingând limitele a ceea ce poate face tehnologia. Se poate face în trei minute ceea ce un computer clasic ar dura aproximativ 10.000 de ani pentru a fi finalizat. Deși acest lucru promite pași mari pentru cercetătorii din multe domenii, a ridicat, de asemenea, întrebări incomode despre confidențialitate pe care oamenii de știință se luptă acum să le abordeze.
Diferența dintre computerele cuantice și computerele tradiționale
Prima și cea mai mare diferență dintre computerele cuantice și computerele tradiționale constă în modul în care acestea codifică informațiile. În timp ce acestea din urmă codifică informații în „biți” binari care pot fi 0 sau 1, în computerele cuantice, unitatea de bază a memoriei este un bit cuantic, sau „qubit”, a cărui valoare poate fi „1” sau „0” sau „1 ȘI 0” simultan. Acest lucru se face prin „suprapunere” - principiul fundamental al mecanicii cuantice care descrie modul în care particulele cuantice pot călători în timp, pot exista în mai multe locuri simultan și chiar se pot teleporta.
Suprapunerea permite ca doi qubiți să reprezinte patru scenarii în același timp în loc să analizeze secvențial un „1” sau un „0”. Abilitatea de a prelua mai multe valori în același timp este principalul motiv pentru care qubitii reduc semnificativ timpul necesar pentru a restrânge un set de date sau pentru a efectua calcule complexe.
O altă diferență majoră între computerele cuantice și computerele convenționale este absența oricărui limbaj de calcul cuantic în sine. În calculul clasic, programarea depinde de limbajul computerului (ȘI, SAU, NU), dar cu computerele cuantice, nu există un asemenea lux. Asta pentru că, spre deosebire de computerele obișnuite, nu au procesor sau memorie așa cum o știm noi. În schimb, există doar un grup de qubituri pentru a scrie informații fără nicio arhitectură hardware complicată, spre deosebire de computerele convenționale.
Practic, acestea sunt mașini relativ simple în comparație cu computerele tradiționale, dar pot oferi totuși o mulțime de puteri care pot fi valorificate pentru a rezolva probleme foarte specifice. Cu computerele cuantice, cercetătorii folosesc de obicei algoritmi (modele matematice care funcționează și pe computere clasice) care pot oferi soluții la probleme liniare. Cu toate acestea, aceste mașini nu sunt la fel de versatile ca computerele convenționale și nu sunt potrivite pentru sarcinile de zi cu zi.
Aplicații potențiale ale calculului cuantic
Calculul cuantic nu este încă produsul maturizat pe care unii credeau că va fi până la sfârșitul ultimului deceniu. Cu toate acestea, oferă încă câteva cazuri de utilizare fascinante, în special pentru programele care admit o accelerare cuantică polinomială. Cel mai bun exemplu în acest sens este căutarea nestructurată, care implică găsirea unui anumit element într-o bază de date.
Mulți cred, de asemenea, că unul dintre cele mai mari cazuri de utilizare a calculelor cuantice va fi simularea cuantică, care este dificil de studiat în laborator și imposibil de modelat cu un supercomputer. Acest lucru ar trebui, teoretic, să contribuie la progresele atât în chimie, cât și în nanotehnologie, deși tehnologia însăși nu este încă gata.
Un alt domeniu care poate beneficia de progresele în calculul cuantic este învățarea automată. În timp ce cercetările în acest domeniu sunt încă în desfășurare, susținătorii calculului cuantic consideră că natura algebrică liniară a calculului cuantic va permite cercetătorilor să dezvolte algoritmi cuantici care pot accelera sarcinile de învățare automată.
Acest lucru ne aduce la cel mai notabil caz de utilizare pentru computerele cuantice - criptografia. Viteza aprinsă cu care computerele cuantice pot rezolva probleme liniare este cel mai bine ilustrată prin modul în care pot decripta criptografia cu cheie publică. Acest lucru se datorează faptului că un computer cuantic ar putea rezolva în mod eficient problema factorizării întregi, problema logaritmului discret și problema logaritmului discret cu curbă eliptică, care împreună stau la baza securității aproape tuturor sistemelor criptografice cu cheie publică..
Calculul cuantic este sfârșitul confidențialității digitale?
Toți cei trei algoritmi criptografici menționați mai sus sunt considerați a fi infatabili din punct de vedere al calculatoarelor cu supercomputerele tradiționale și sunt de obicei folosiți pentru a cripta pagini web securizate, e-mail criptat și alte tipuri de date. Cu toate acestea, acest lucru se schimbă cu computerele cuantice, care, în teorie, pot rezolva toate aceste probleme complexe utilizând algoritmul lui Shor, făcând în esență criptarea modernă insuficientă în fața posibilelor atacuri.
Faptul că computerele cuantice pot sparge toate criptările digitale tradiționale ar putea avea consecințe semnificative asupra confidențialității electronice și securității cetățenilor, guvernelor și întreprinderilor. Un computer cuantic ar putea sparge în mod eficient o cheie RSA de 3.072 de biți, o cheie AES de 128 de biți sau o cheie de curbă eliptică de 256 de biți, deoarece își poate găsi cu ușurință factorii prin reducerea lor în esență la doar 26 de biți.
În timp ce o cheie de 128 de biți este practic imposibilă de a sparge într-un interval de timp fezabil chiar și de cele mai puternice supercomputere, o cheie de 26 de biți ar putea fi ușor de spart folosind un PC de acasă obișnuit. Ceea ce înseamnă asta este că toate criptările utilizate de bănci, spitale și agenții guvernamentale vor fi reduse la nimic dacă actorii rău intenționați, inclusiv statele naționale necinstite, pot construi computere cuantice suficient de mari și suficient de stabile pentru a-și susține planurile nefaste.
Cu toate acestea, securitatea digitală globală nu este o nenorocire. Computerele cuantice existente nu au puterea de procesare pentru a sparge orice algoritm criptografic real, astfel încât detaliile dvs. bancare sunt încă în siguranță de atacurile cu forță brută pentru moment. Mai mult decât atât, aceeași abilitate care poate decima toată criptografia modernă cu cheie publică este, de asemenea, valorificată de oamenii de știință pentru a crea o nouă „criptografie post-cuantică”, rezistentă la piraterie, care ar putea schimba peisajul securității datelor în următorii ani.
Deocamdată, mulți algoritmi de criptare cu cheie publică bine cunoscuți sunt deja considerați a fi protejați împotriva atacurilor computerelor cuantice. Acestea includ IEEE Std 1363.1 și OASIS KMIP, ambele descriind deja algoritmi siguri cuantic. Organizațiile pot evita, de asemenea, potențialele atacuri de la computerele cuantice prin trecerea la AES-256, care oferă un nivel adecvat de securitate împotriva computerelor cuantice.
Provocări care previn o revoluție cuantică
În ciuda potențialului său masiv, computerele cuantice au rămas o tehnologie „de ultimă generație” timp de decenii, fără a trece la o soluție viabilă pentru uz general. Există mai multe motive pentru aceasta, iar abordarea celor mai multe dintre ele s-a dovedit până acum dincolo de tehnologia modernă.
În primul rând, majoritatea computerele cuantice pot funcționa doar la o temperatură de -273 ° C (-459 ° F), o fracțiune de grad peste zero absolut (0 grade Kelvin). Ca și cum nu ar fi suficient, necesită presiune atmosferică aproape zero și trebuie izolat de câmpul magnetic al Pământului.
Atingerea în sine a acestor temperaturi nedorite este o provocare masivă, dar prezintă și o altă problemă. Componentele electronice necesare pentru a controla qubiturile nu funcționează în condiții atât de reci și trebuie păstrate într-o locație mai caldă. Conectarea acestora cu cabluri rezistente la temperatură funcționează pentru cipurile cuantice rudimentare utilizate astăzi, dar pe măsură ce tehnologia evoluează, se așteaptă ca complexitatea cablajului să devină o provocare masivă..
Având în vedere toate lucrurile, oamenii de știință vor trebui să găsească o modalitate de a determina computerele cuantice să funcționeze la temperaturi mai rezonabile pentru a scala tehnologia pentru utilizare comercială. Din fericire, fizicienii lucrează deja la acest lucru și anul trecut, două seturi de cercetători de la Universitatea New South Wales din Australia și QuTech din Delft, Olanda, au publicat lucrări susținând că au creat computere cuantice bazate pe siliciu care funcționează la maxim grad peste zero absolut.
Nu ne sună prea mult celorlalți dintre noi, dar este apreciat ca o descoperire majoră de către fizicienii cuantici, care cred că ar putea anunța o nouă eră în tehnologie. Acest lucru se datorează faptului că temperatura (ușor) mai caldă ar permite ca qubit-urile și electronice să fie unite la fel ca circuitele integrate tradiționale, făcându-le potențial mai puternice.
Calculatoare cuantice puternice despre care ar trebui să știți
Alături de procesorul Sycamore de 53 qubit menționat mai devreme, Google a prezentat și un procesor cuantic bazat pe poartă numit „Bristlecone” la reuniunea anuală a Societății Americane de Fizică din Los Angeles din 2018. Compania crede că cipul este capabil să aducă în cele din urmă puterea a calculelor cuantice către mainstream prin rezolvarea „problemelor din lumea reală”. 
IBM a prezentat, de asemenea, primul său computer cuantic, Q, în 2019, cu promisiunea de a permite „calculatoare cuantice universale” care ar putea funcționa pentru prima dată în afara laboratorului de cercetare. Descris ca primul sistem de calcul cuantic integrat din lume pentru uz comercial, este conceput pentru a rezolva probleme care nu se află la îndemâna computerelor clasice în domenii precum servicii financiare, produse farmaceutice și inteligență artificială. 
Honeywell International a anunțat, de asemenea, propriul computer cuantic. Compania a anunțat în iunie anul trecut că a creat „cel mai puternic computer cuantic din lume”. Cu un volum cuantic de 64, se spune că computerul cuantic Honeywell este de două ori mai puternic decât cel mai apropiat concurent al său, ceea ce ar putea scoate tehnologia din laboratoare pentru a rezolva problemele de calcul din lumea reală care nu sunt practic de rezolvat cu computerele tradiționale..
Calculul cuantic: zorii unei noi ere sau o amenințare la adresa confidențialității digitale?
Diferența dintre computerele cuantice și computerele tradiționale este atât de mare încât primele nu le vor putea înlocui în curând. Cu toate acestea, cu corectarea corectă a erorilor și o eficiență energetică mai bună, sperăm să vedem o utilizare mai omniprezentă a computerelor cuantice în viitor. Și când se va întâmpla acest lucru, va fi interesant să vedem dacă va însemna sfârșitul securității digitale așa cum o cunoaștem sau va introduce o nouă zori a criptografiei digitale.
Deci, vă așteptați ca computerele cuantice să devină (relativ) mai omniprezente în curând? Sau este destinat să rămână experimental în viitorul previzibil? Spuneți-ne în comentariile de mai jos. De asemenea, dacă doriți să aflați mai multe despre criptare și criptografie, consultați articolele noastre de mai jos:
- TKIP vs AES: Protocoale de securitate Wi-Fi explicate
- Ce este exact criptarea de grad militar
- Criptați unitățile USB pentru a securiza datele pe care le purtați
- 8 Cel mai bun software de criptare pentru Windows
