Supremația cuantică și criptarea

Prolog

După anunțul Google conform căruia ar fi obținut supremația cuantică prin realizarea unui chip cuantic pe 53 qubits, numit Sycamore, care ar fi fost capabil să realizeze un anumit calcul (cercetătorii au cerut computerului să identifice modele într-o serie de numere aparent întâmplătoare, problema fiind rezolvată în 3 minute şi 20 de secunde, față de 10.000 de ani cât i-ar trebui unui supercomputer actual precum cel numit Summit, de la IBM), am vrut să aflu (măcar parțial) care este opinia experților legată de consecințele acestei inovații asupra criptologiei (care include atât criptografia, cât și criptanaliza), fiind interesat de eforturile diverșilor eroi moderni de tip Prometeu (v. Assange, Snowden și alții) care au atras atenția lumii asupra fenomenului supravegherii globale ca atac direct la viața privată a fiecăruia dintre noi.

Pentru a ne face o idee despre qubit:

 

Bitul și Qubitul

Qubitul este echivalentul cuantic al bitului. Calculatoarele actuale folosesc un cod binar de 0 și 1 – așa-numiţii biți. Cu acești biți sunt realizate o serie de operațiuni (ȘI, SAU, NU etc.) cu ajutorul cărora se poate practic realiza orice calcul – într-o perioadă de timp mai mult sau mai puțin lungă.

Calculatoarele cuantice se bazează pe o proprietate cuantică extrem de interesantă: superpoziția stărilor cuantice, ilustrată și de faimosul paradox al pisicii lui Schroedinger; pisica, într-un sistem cuantic, este considerată şi moartă şi vie în acelaşi timp, până în momentul în care se efectuează măsurătoarea, iar pisica va fi găsită vie sau moartă. Prin urmare, având în vedere că un qubit este 0 și 1 simultan, puterea de calcul al unui calculator cuantic, cel puțin în principiu, este mult mai mare decât cea a unui calculator bazat pe biții clasici. Dar, algoritmii cuantici, echivalenți celor clasici, nu sunt încă bine puşi la punct, chiar dacă, pentru anumite operaţiuni, este posibil să fie efectuate calcule care pot fi comparate, din punct de vedere al vitezei, cu cele efectuate de un calculator clasic.

Și iată, în continuare, unele chestii pe care le-am găsit…

Chestia cu 10.000 de ani e combătută de cei de la IBM care afirmă că problema poate fi rezolvată de un super-computer (cu spaţiu adiţional de memorie) în 48-60 de ore. Mai mult, șeful IBM (Dario Gil) spune că, de fapt:

Calculatoarele cuantice nu le vor «domina» niciodată pe cele clasice, ci vor lucra în legătură cu acestea, din moment ce fiecare prezintă avantajele sale.

Dar, despre ce vorbim?

Înainte de-a merge mai departe, hai să vedem totuși ce au făcut cei de la Google…

Procesorul este fabricat din aluminiu pentru metalizare și din punți Josephson și indiu pentru ceea ce se numește bump-bonds între două plachete de siliciu. Cipul este o placă de circuit supraconductor și se răcește la sub 20 mK într-un frigider de diluare pentru a reduce energia termică a mediului ambiant mult sub energia qubit. Procesorul este conectat prin filtre și atenuatoare la electronice cu temperatura camerei, care sintetizează semnalele de control. Stările tuturor qubiților pot fi citite simultan prin utilizarea unei tehnici de frecvență-multiplexare. Se folosesc două etape de amplificatoare criogenice pentru a stimula semnalul, care este digitizat (8 biți la 1 GHz) și demultiplext digital la temperatura camerei. În total, se orchestrează 277 convertoare digital-analogice (14 biți la 1 GHz) pentru controlul complet al procesorului cuantic.

Iată și o imagine:

Chipul Sycamore
a. Schema procesorului, care arată o matrice dreptunghiulară de 54 de qubiti (gri), fiecare conectat la patru din vecinii cei mai apropiați cu cuple (albastru). Qubitul inoperabil este doar conturat.
b. Fotografia cipului Sycamore.

Cei de la Google l-au numit „un punct de reper în direcţia programării complet cuantice”. Mai mult, au prezis că puterea maşinilor cuantice se va extinde cu o „rată dublu exponenţială”, în comparaţie cu rata exponenţială a Legii lui Moore, care a dus la progrese în cipurile de siliciu din prima eră a calculului digital.

Disputa Google – IBM

IBM contestă această „supremația cuantică” clamată de Google. Ei nu contestă faptul că Google a calculat ceva cu un computer cuantic care ar avea mai multă putere de calcul decât calculatoarele convenționale, ci, doar că „ar avea cel mai rapid supercomputer din lume pe tema celor 10.000 de ani“. IBM spune că ar dura 2,5 zile.

Scott Aaronson intră în detaliile tehnice ale dezacordului dintre Google și IBM. El explică faptul că supercomputerul în cauză este mașina Summit Oak Ridge National Labs. Acesta acoperă zona a două terenuri de baschet și are 250 de petabytes de stocare pe disc. Prin exploatarea capacității sale enorme pe disc, Summit-ul ar putea simula calculul cuantic al Google pe hardware-ul clasic în „doar“ două zile și jumătate. Pe scurt, se pare că Google nu a considerat că ar putea lucra pe întreg imensul spațiu de stocare și energie al procesorului. Dar, după cum arată Aaronson, dacă mașina Google a adăugat doar un cuplu mai mult qubiti, chiar Summit-ul nu a putut ține pasul cu privire la această problemă specială.

Cum e afectată criptarea?

Saltul cuantic…

Atunci când un adevărat va exploda calculul cuantic, acesta va începe să invadeze sistemele la nivel mondial, iar cercetătorii vor intra în panică. Patrick Dai, fondator și CEO la Qtum, declara:

Calculul cuantic va avea impact asupra mai multor forme de criptare, inclusiv SHA-256, care este utilizat de Bitcoin. Deoarece Bitcoin are valoare, oamenii vor fi mai stimulați să-l atace. Cu toate acestea, cred că mulți algoritmi de criptare mai simpli vor fi sparți mai întâi și asta va alerta comunitatea că este timpul pentru o schimbare.

Spargerea SHA-256 nu este ceva ce se întâmplă peste noapte. Vom avea mai multe avertismente. În cele din urmă minerii vor plăti prețul atunci când se va întâmpla comutarea, pentru că acestea au legătură cu hardware-ul incompatibil, dar Bitcoin va continua să progreseze.

Spaima că noua descoperire ar duce la distrugerea criptării este cumva atenuată de articolul lui Luther Martin, care ne spune că

Unele estimări sugerează că computerele cuantice capabile de spargerea criptării de azi vor fi disponibile în doar câțiva ani.

Dar o privire mai atentă a faptelor sugerează că acest lucru, probabil, nu este posibil. Recordul anterior de 14 qubiți încurcați a fost stabilit în 2010. Asta aproximativ opt ani înainte de progresul la 18 qubiți. Progresul în acest domeniu este dificil și lent.

Pentru a sparge o cheie RSA 2048 biți, cum ar fi cele pe care le impun standardele actuale, un computer cuantic va avea nevoie de cel puțin un registru de 2048 qubiți. Asta e departe de ceea ce este disponibil în prezent. Și pare foarte puțin probabil ca rata actuală a progresului în crearea unei inseparabilități cuantice (entanglement) să fie posibilă în următorii câțiva ani.

Înțeleg de aici că încă se justifică învățarea și folosirea criptării pentru protejarea vieții private…

Bibliografie:

Cum apreciați acest articol?

Eu îl consider de 5 ⭐️ (altfel nu-l scriam). Tu?

Total voturi: :: Media evaluării: 0

Fără voturi, încă! Fii primul la evaluarea acestui articol.

Dacă ați găsit acest articol util...

Urmăriți-mă pe social media!

Regret dacă acest articol nu v-a fost util!

Permiteți-mi să-l îmbunătățesc!




Lasă o urmă a trecerii tale pe aici. Un comentariu e binevenit!

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.