Shor algoritmusa: az RSA végzete?
A kvantumszámítógépek működésük révén egyszerre több számítást végeznek, így amint nő a qubitek száma, a számítási kapacitásuk is ugrásszerűen bővül. Shor algoritmusát, amelyet Peter Shor dolgozott ki, épp emiatt tartják a kvantumszámítástechnika szent gráljának. Ez az algoritmus képes hatékonyan prímtényezőkre bontani nagy számokat – a digitális biztonság alapját képező RSA-titkosítás is pont erre a bonyolultságra épül.
Sokáig úgy vélték, hogy a kvantumgépeknek milliós nagyságrendű qubitre lesz szükségük, hogy megtörjék ezt a titkosítást. Most azonban kiderült: akár egy 10 000 qubites rendszer – a mostani fejlett processzorok néhányszáz qubitjéhez képest – már elég lehet. Ami még félelmetesebb, hogy egy 26 000 qubites gép akár hét hónap alatt feltörhetné az RSA-2048 titkosítást, amely ma a digitális tanúsítványok védőbástyája.
Semleges atomok és a hibajavítás forradalma
Míg a klasszikus bitek szinte sosem hibáznak, a qubitek sokszor „zajosak”, vagyis könnyen hibáznak, akár minden ezredik számításnál. Eddig ezért hitték, hogy csak óriási, akár milliós qubitmennyiséggel lehet csillapítani a hibák hatását. A jó hír az, hogy a logikai qubit – több összekapcsolt fizikai qubitből álló egység – hibajavító képességekkel vértezhető fel, így ha egy qubit hibázik, a számítás nem áll meg.
A mostani áttörő kutatás szerint a semleges atom alapú kvantumszámítógépek fejlődése gyors és ígéretes. Ezekben a kvantumbitek töltés nélküli atomok (például rubídium, cézium vagy itterbium), amelyeket lézercsapdákban, közel az abszolút nulla fokhoz hűtenek le. Ezek az új generációs kvantumszámítógépek nem a hagyományos szupravezető qubitekkel dolgoznak, hanem sokkal stabilabb, egymást erősítő logikai egységeket képesek alkotni – így egy logikai qubit akár csupán öt fizikai qubitből is felépülhet, szemben a korábbi százakkal vagy ezrekkel.
A „semleges atom” rendszerek már bizonyították, hogy több mint 6000 koherens qubitet lehet csapdába ejteni és működtetni, ráadásul az architektúrák fejlődésével egyre nagyobb a hibajavítás hatékonysága is.
Kvantumtámadás a titkosításra
A kutatók három fontos titkosítási algoritmust vizsgáltak: a Shor algoritmust, a napjainkban is használt, kevésbé bonyolult ECC-256-ot (az internet és kriptovaluták adatvédelmének alapja), és az elterjedt RSA-2048-at.
Jelenlegi hibakorrekció nélkül egy egymillió qubites gép egy hét alatt feltörné az RSA-t, egy 500 000 qubites gép pedig percek alatt az ECC-256-ot. A legújabb, logikai qubitalapú rendszer már 11 961 qubittel megvalósítaná a Shor-algoritmust. A tíz- és huszonhatezer qubit közötti gépek tíz nap alatt feltörnék az ECC-256-ot, míg 11–14 ezer qubittel már három éven belül feltörhető lenne az RSA-2048. Egy elosztott rendszerben 102 000 qubit már három hónap alatt végezhetne az RSA védelmével.
A meglepetések sora itt nem áll meg: ha tovább javul a qubitek hibamentessége, vagy ha az MI által vezérelt algoritmikus tömörítés még hatékonyabb lesz, akár a most becsült qubitmennyiség is megfeleződhet.
Időzített bomba a digitális védelmünk alatt
A digitális világ jelenlegi, elterjedt titkosító eljárásai a közeljövőben elveszíthetik sebezhetetlenségüket, ha a kvantumfejlesztések így haladnak tovább. A Google mérnökei szerint már most el kell kezdeni adaptálni az új, kvantumálló titkosítási szabványokat, mert a kvantumszámítógépek forradalma már az ajtónkon kopogtat.
