Ha a Google és versenytársai elég gyors ütemben folytatják a kvantumszámítógépek fejlesztését és építését, akkor még az a helyzet is előállhat, hogy vészesen lerövidül az időablak, amelyben a mai gazdaságban szinte mindent védő és titkosító kriptográfiai algoritmusokat muszáj lesz nagyságrendekkel feljavítani vagy lecserélni, mielőtt még könnyedén feltörhetővé válnának.
◼︎ Titkosítva is, meg nem is?
A visszás helyzet oka: a számítástechnika alapvető működési modellje átalakul, a bit elavul, és helyébe a következő evolúciós lépcsőn a kvantum-számítástechnika hatalmas mennyiségű adatot tartalmazó qubit-jei (a „kvantumbit” rövidítése) lépnek. Miután már 2019-ben bejelentették a kvantumfölényt, a Google Quantum AI részlegének kutatói most megépítették második generációs számítógépüket. Az új gép rekordidő alatt képes feldolgozni azt az adatmennyiséget, amennyi eddig soknak számított, és úgy tűnik, hogy az elért teljesítmény már hatékonyan felhasználható akár arra is, hogy eddig betonbiztosnak számító hitelesítési kódokat törjenek fel vele.
Hogy ez érthető legyen: senki sem attól tart – legalábbis remélhetőleg –, hogy a Google banki vagy más rendszerek feltörésébe fogna, pusztán az a helyzet, hogy ez a képesség megjelent a bolygón, a szellem mondhatni kiszabadult a palackból. És ez még csak a kezdet.
Plusz 17 qubit
A kvantum-számítástechnika híresen furcsa, de nagyon ígéretes technológia, amely – a megvalósításához felhasznált technológia és módszer függvényében, általában – rendkívül érzékeny a zajnak nevezett problémákra, vagyis sok esetben nehéz elválasztani a hasznos kimenetet a zajtól. Ezek megkeserítik a fejlesztők életét, és képesek random ide-oda kapcsolgatni a jobb sorsra érdemes qubiteket, tönkretéve ezzel a műveleteket, kvázi letörölve az „sz” betűt a számítástechnika szó elejéről. Ha azonban elég hatékonyan ki tudnánk szűrni a zajt okozó effektusokat és környezeti elemeket, maximális teljesítményen kihasználhatóvá téve akár mai gépeket, akkor a számítási teljesítmény komplett nagyságrendekkel nőhetne meg egyik pillanatról a másikra.
Ennek érdekében a zaj minimalizálására és a felhasználható információk feldolgozására szolgáló új Google-rendszer a véletlen áramköri mintavételezés (RCS) nevű sémát használja, amely 70 qubites feldolgozást tesz lehetővé, szemben a Sycamore kvantumprocesszor utolsó generációjának 53 qubitjével, ami óriási különbség a feldolgozási teljesítményben. Jelentős erőfeszítések történnek a még nagyobb qubit-mennyiség elérésére, a kutatások pedig két irányban zajlanak. Egyrészt azt tesztelik, hogy a technológia miként tudja kevésbé zajossá tenni a gépet, másrészt azt keresik, hogyan lehet optimalizálni a teljesítményt a nagyobb zaj közepette is.
Újabb határ átlépése?
A Google kutatói még a jelenlegi számítási teljesítmény mellett is arra a következtetésre jutottak, hogy „a demonstrációnk határozottan túlmutat a klasszikus kvantumszámítógépek és képességeinek területén”. Ez alapvetően azt jelenti, hogy bármilyen szuperszámítógépet is használ most a világ, az nagyon gyorsan elavult ócskavassá válik, valahogy úgy, mint ahogy a tíz évvel ezelőtti számítógépek számítási teljesítménye bekerült a mai csúcsmobiljainkba. És nem csak a számítási sebesség nagyságrendjéről van szó: a kvantumszámítástechnika természeténél fogva masszívan párhuzamosított feldolgozást jelent, a qubitek egyszerre képesek „több szálon” sokkal több dolgot elvégezni, ami újabb nagyságrendlépést jelent felfelé.
Az általunk nap mint nap használt kriptográfiára, melyet az online tranzakciók hitelesítésére, titkosításra vagy éppen digitális aláírásra használunk, komoly veszélyt jelent a kvantum-számítástechnika. A jelenleg széles körben használt kriptográfiai eljárások biztonságát az határozza meg, hogy a jelenleg rendelkezésre álló számítási kapacitásokat használva mennyi időbe telik a „brute force” feltörésük – másképp fogalmazva, mennyi ideig tart, amíg az összes lehetséges kombinációt végigpróbálja a gép. A mai titkosítási algoritmusok és szuperszámítógépek mellett ez évekbe telne, tehát – most még – biztonságban vagyunk.
Sycamore 2: ebből nagy baj lehet
De amit a modern szuperszámítógépek csak hosszú évek alatt képesek megfejteni, azt a Sycamore processzor második generációja az RCS segítségével másodpercek vagy percek alatt képes megoldani, ami azt jelenti, hogy a jelenlegi „klasszikus számítógépes” biztonsági algoritmusok feltörése könnyedén megoldhatóvá vált.
| Dolgoznak a megoldáson
A biztonsági iparban érdekelt szereplők sem ülnek tétlenül. A NIST, az amerikai szabványügyi hivatal már évek óta dolgozik „kvantumálló” titkosítási algoritmusok kidolgozásán. A korábban beérkezett 69 javaslatból négynek a szabványosítása már megkezdődött – ezek azt ígérik, hogy képesek lesznek ellenállni a kvantumszámítógépek jelentette fenyegetésnek. Arról sem szabad megfeledkezni, hogy a „terepen” dolgozó kiberbiztonsági szakemberek mindeközben még mindig azzal küzdenek, hogy megpróbálják rávenni az embereket a kellően erős jelszavak használatára vagy a többfaktoros hitelesítés bevezetésére. Vagyis a jelen biztonsági alapelvei még mindig érvényesek, és egy ideig még a jövőben is érvényesek lesznek! Ugyanakkor az már biztosnak tűnik, hogy a kvantumszámítógépes platformok a jövőben elérik majd az összes felhasználót. Talán egy nap a zsebünkbe is bekerülnek, és valamelyik ma divatos mobil operációs rendszer három számjegyű verziója már ilyeneken fut majd. |
A veszély azonban egyelőre nem akut. Egyfelől, a kvantum-számítógépek hatalmasak, rendkívül bonyolultak és drágák, így nem valószínű, hogy a közeljövőben a kiberbűnözők kezei közé kerülnének. (Az persze már más kérdés, hogy a nagy állami szereplők esetleg mit kezdenek az ölükbe hulló lehetőségekkel…) Másfelől azt még a technológia leglelkesebb hívei is elismerik, hogy a kvantumszámítások egyelőre kísérleti fázisban vannak, gyakorlati hasznosításuk, pláne széles körben, még várat magára.
Ráadásul a kvantumtechnológia nemcsak a klasszikus titkosítások feltörésére, hanem új módszerek kialakítására is alkalmas lehet. Az új gépek képesek kitolni a mai klasszikus véletlenszám-generálás gyakorlati korlátait, így sokkal biztonságosabb kriptográfiai algoritmusok magjává válhatnak.
Az MI-nek is a kvantum ad majd igazi szárnyakat
A kvantum-számítástechnika azt is ígéri, hogy a mesterséges intelligencia és gépi tanulási (MI/ML) motorokat olyan módon felgyorsítja, amit még a most zajló MI forradalom közepette is nehéz elképzelni. Ehhez tűzzük hozzá szépen az olyan elképesztően összetett problémák megoldását, mint az időjárás modellezése, a rákbetegség különböző változatainak molekuláris ellenanyag-kutatása, vagy a bonyolult informatikai fenyegetések ijesztően gigantikus méretű felderítési adathalmazainak elemzése és feldolgozása – és máris jól érzékelhetjük, miről van itt szó.
