Квантовите изчисления набират скорост и докато практическите им приложения все още са много оскъдни, квантовото бъдеще е способно да разбие настоящата инфраструктура за киберсигурност. Или ще изобрети нова?
Съвременната квантова механика може да бъде проследена чак до 1905 г., с възникването на теориите на Айнщайн за светлината и квантовите частици. Необходими бяха близо 20 години, за да се появи терминът „квантова механика“. Бавно, но сигурно, всички теории и спекулации по темата проправяха пътя към новите технологии и днес квантовата надпревара е в ход.
Компании като Google и IBM настояват за напредък, всяка от които се хвали, че има най-бързия квантов компютър. Има пътни карти на квантовото бъдеще, като всеки ден се разработват по-бързи и по-мощни компютри. Това, което е изглеждало като отвлечено потяние за Айнщайн преди повече от 100 години, сега е нашата нова реалност.
Но какво представляват квантовите компютри и наистина те ли са следващата еволюционна стъпка в компютърните технологии?
Класическият срещу квантовия компютър
Истината е, че класическите и квантовите компютри са две различни неща. Ако разглеждаме обикновен компютър и вникнем в технологията му до самата база, ще се натъкнем на единици и нули – така наречената двоична система. Всяка операция, всяко отделно изчисление се свежда до едни и същи две числа – и резултатите винаги ще бъдат едни и същи. Квантовата технология обаче използва квантови битове или накратко – кюбити. Операциите се извършват в по-малък мащаб.
Въпреки че кюбитите могат да представляват единица или нула, те имат странно свойство – трето състояние, наречено суперпозиция. Представете си кюбита като часовниково махало. Лявата страна, в чиято посока се залюлява, е нула, дясната страна е единица. Махалото няма да остане в нито една позиция за дълго време, то постоянно ще се люлее между тях, местейки се от едната страна до другата. По подобен начин кюбитите съществуват в скала от 0 до 1, като могат да заемат всяка позиция върху нея, но никога не остават неподвижни.
Докато люлеенето на часовниковото махало е бавно и спокойно, кюбитът променя състоянията си бурно, движейки се във всички посоки едновременно и непрекъснато.Точно затова квантовите компютри са по-бързи – скоростите, с които се движат частиците, осигуряват средства за изпълнение на неизмеримо количество процеси за невероятно кратко време.
Разбира се, има повече разлики между класическия компютър и квантовия компютър – квантовите компютри се нуждаят от почти нулеви температури, за да работят правилно, и са базирани на специален софтуер. Поради скоростта на кюбита и суперпозицията му, квантовите компютри могат да разрешават определени проблеми за супер кратко време – точно това, което квантовият компютър на Google демонстрира през 2019 година. Но тези възможности носят и недостатъци – точно там са опасностите от квантовите технологии.
Опасностите от квантовите комрютърни технологии
Часовникът на Страшния съд, според Алианса за облачна сигурност, показва, че след като обратното броене изтече (след приблизително седем години и 200 дни), квантовите компютри ще разбият инфраструктурата за киберсигурност, поне тази, която познаваме днес. Ето защо квантовите компютри са толкова опасни – на теория те биха могли да разбият 2048-битовото RSA криптиране за по-малко от 8 часа. Един класически суперкомпютър ще се справи със същата задача в продължение на 300 трилиона години. И така, надпреварата в квантовите въоръжавания започва – Русия, Индия, Япония, Европейският съюз и Австралия извършват значителни квантови изследвания. Това е почти съвременна космическа надпревара.
Усилията за разработване на квантов компютър в САЩ и Китай напредват най-бързо. И двете страни се стремят да разбият архивите и държавните тайни на опонента си. Който има най-голяма процесорна мощност, ще си осигури предимство пред съперниците си. Но когато квантовата технология представлява предизвикателство, тя създава и решение – и това е квантовата криптография. Тя прилага принципа на квантовата механика и целта е не е да разбива криптирането, а по-скоро да го създава.
Най-голямото предимство е, че нямате нужда от квантов компютър, за да създадете квантова криптографска система – тя използва фотонна технология за предаване на данни от една точка до друга. Самата технология е доста сложна, но се свежда до едно конкретно предимство – никой не може да чете, препраща или копира информацията, без да промени състоянието на фотона, който я носи. Ако се опита, всичко се разрушава.
Квантовата криптография идва с обещанието, че е неразбиваема. Дали подобни твърдения са възможни, все още е въпрос, на който трябва да се отговори, но има една категорична сигурност – това е бъдещето на криптирането. Ако квантовите компютри създават проблем и квантовата криптография го решава, какъв е проблемът? Не всичко е черно и бяло – приложенията на квантовите компютри могат да имат далеч повече положително въздействие. Тази технология може да трансформира медицината, подводната навигация и да помогне за следенето на всякакъв поток от данни.
Квантова телепортация
Освен това има някои практически приложения, които може да изглеждат така, сякаш са извадени от научнофантастичния свят – като телепортацията, например. Тази технология обаче не е за телепортиране на хора. Поне още не. Тя работи в много по-малък мащаб, като основното приложение е транспортирането на данни.
Квантовата телепортация разчита на друго свойство на кюбитите, наречено квантово преплитане. Оказва се, че две частици могат да се свържат в пространството и времето и ако едната се промени, другата също се изменя. Засега според НАТО най-голямото разстояние, на което е постигната квантова телепортация, е 50 километра.
Бъдещите квантови изчисления ще се справят с предизвикателството за мащабиране на тези процеси, с една основна цел – сигурна комуникация на големи разстояния. От НАТО също твърдят, че главната цел в кватовата комуникация е да се създаде „квантов интеренет” – супер сигурно средство за комуникация, базирано на законите на квантовата физика.
