Hva er Quantum Computing, og hvorfor øker det personvernet?

Quantum computing har holdt seg på spissen av en teknologirevolusjon for det meste av det siste tiåret. Imidlertid virker det lovede gjennombruddet ikke noe nærmere enn det var for noen år siden. I mellomtiden, selv om investeringene fortsetter å strømme inn, reiser eksperter ubehagelige spørsmål om det representerer slutten på online personvern slik vi kjenner det. Så hva er quantum computing, hvordan skiller det seg fra tradisjonelle datamaskiner, og hvorfor ringer forskere alarmklokken om det? Vi vil prøve å svare på alle disse spørsmålene i dag.

Hva er Quantum Computing og hvordan det truer cybersikkerhet

Mens dagens kvantedatamaskiner har gitt oss et glimt av hva teknologien er i stand til, har den fremdeles ikke nådd noe nær sitt topppotensial. Likevel er det løftet om uhemmet kraft som hever hackler fra cybersecurity-fagpersoner. I dag lærer vi mer om disse bekymringene og trinnene som forskere tar for å løse dem. Så uten videre, la oss sjekke ut hva som er kvantecomputere, hvordan de fungerer, og hva forskere gjør for å sikre at de ikke blir sikkerhetsmardrømmene. Innholdsfortegnelse + -

Hva er Quantum Computing?

Kvantecomputere er maskiner som bruker egenskapene til kvantemekanikk, som superposisjon og vikling, for å løse komplekse problemer. De leverer vanligvis store mengder prosessorkraft som er en størrelsesorden høyere enn til og med de største og kraftigste moderne superdatamaskiner. Dette gjør at de kan løse visse beregningsproblemer, for eksempel heltalsfaktorisering, vesentlig raskere enn vanlige datamaskiner.

Introdusert i 2019, sies det at Googles Sycamore-prosessor på 53 qubit har oppnådd kvanteoverlegenhet, og presset grensene for hva teknologien kan gjøre. Det kan angivelig gjøre på tre minutter hva en klassisk datamaskin ville ta rundt 10 000 år å fullføre. Selv om dette løfter store fremskritt for forskere på mange felt, har det også reist ubehagelige spørsmål om personvern som forskere nå prøver å ta opp.

Forskjellen mellom kvantedatamaskiner og tradisjonelle datamaskiner

Den første og største forskjellen mellom kvantedatamaskiner og tradisjonelle datamaskiner er i måten de koder informasjon på. Mens sistnevnte koder informasjon i binære 'biter' som enten kan være 0s eller 1s, i kvantedatamaskiner er den grunnleggende enheten for minne en kvantebit, eller 'qubit', hvis verdi kan være enten '1' eller '0', eller '1 OG 0' samtidig. Dette gjøres med 'superposisjon' - det grunnleggende prinsippet for kvantemekanikk som beskriver hvordan kvantepartikler kan reise i tid, eksistere flere steder samtidig og til og med teleportere.

Superposisjon tillater to qubits å representere fire scenarier samtidig i stedet for å analysere en '1' eller en '0' sekvensielt. Evnen til å ta på seg flere verdier samtidig er den primære grunnen til at qubits reduserer tiden det tar å knuse et datasett eller utføre komplekse beregninger betydelig..

En annen stor forskjell mellom kvantedatamaskiner og konvensjonelle datamaskiner er fraværet av noe kvantespråk i seg selv. I klassisk databehandling avhenger programmering av dataspråk (AND, OR, NOT), men med kvantedatamaskiner er det ingen slik luksus. Det er fordi i motsetning til vanlige datamaskiner, de har ikke prosessor eller minne slik vi kjenner det. I stedet er det bare en gruppe qubits for å skrive informasjon uten komplisert maskinvarearkitektur i motsetning til vanlige datamaskiner.

I utgangspunktet er de relativt enkle maskiner sammenlignet med tradisjonelle datamaskiner, men kan fremdeles tilby kraftstrøm som kan utnyttes for å løse helt spesifikke problemer. Med kvantedatamaskiner bruker forskere vanligvis algoritmer (matematiske modeller som også fungerer på klassiske datamaskiner) som kan gi løsninger på lineære problemer. Imidlertid er disse maskinene ikke like allsidige som vanlige datamaskiner og er ikke egnet for daglige oppgaver.

Potensielle anvendelser av Quantum Computing

Quantum computing er fremdeles ikke det modne produktet som noen trodde det ville være på slutten av det siste tiåret. Imidlertid tilbyr det fortsatt noen fascinerende bruksområder, spesielt for programmer som innrømmer en polynomisk kvantehastighet. Det beste eksemplet på det er ustrukturert søk, som innebærer å finne et bestemt element i en database.

Mange tror også at en av de største brukssakene til kvanteberegning vil være kvantesimulering, som er vanskelig å studere i laboratoriet og umulig å modellere med en superdatamaskin. Dette skal, i teorien, hjelpe fremskritt innen både kjemi og nanoteknologi, selv om selve teknologien fremdeles ikke er helt klar.

Et annet område som kan dra nytte av fremskritt innen kvanteberegning er maskinlæring. Mens forskning på dette området fortsatt pågår, mener talsmenn for kvanteberegning at den lineære algebraiske naturen til kvanteberegning vil gjøre det mulig for forskere å utvikle kvantealgoritmer som kan øke hastigheten på maskinlæringsoppgaver..

Dette bringer oss til den mest bemerkelsesverdige brukssaken for kvantedatamaskiner - kryptografi. Den brennende hastigheten kvantedatamaskiner kan løse lineære problemer illustreres best i måten de kan dekryptere offentlig nøkkelkryptografi på. Det er fordi en kvantecomputer effektivt kan løse heltalsfaktoriseringsproblemet, det diskrete logaritmeproblemet og det elliptiske kurve diskrete logaritmeproblemet, som sammen understøtter sikkerheten til nesten alle offentlige nøkkelkryptografiske systemer.

Er Quantum Computing slutten på digitalt personvern?

Alle tre kryptografiske algoritmer nevnt ovenfor antas å være beregningsmessig gjennomførbare med tradisjonelle superdatamaskiner, og brukes vanligvis til å kryptere sikre nettsider, kryptert e-post og andre typer data. Imidlertid endres det med kvantedatamaskiner, som i teorien kan løse alle disse komplekse problemene ved å bruke Shors algoritme, noe som gjør moderne kryptering utilstrekkelig i møte med mulige angrep..

Det faktum at kvantedatamaskiner kan bryte all tradisjonell digital kryptering, kan ha betydelige konsekvenser for elektronisk personvern og sikkerhet for borgere, myndigheter og bedrifter. En kvantecomputer kan effektivt knekke en 3072-biters RSA-nøkkel, en 128-biters AES-nøkkel eller en 256-biters elliptisk kurvetast, da den lett kan finne faktorene ved å redusere dem til bare 26-bits.

Mens en 128-bit nøkkel er praktisk talt umulig å knekke innen en mulig tidsramme selv av de kraftigste datamaskinene, kan en 26-bit nøkkel lett bli sprukket ved hjelp av en vanlig hjemme-PC. Hva det betyr er at all kryptering som brukes av banker, sykehus og offentlige etater vil bli redusert til ingenting hvis ondsinnede aktører, inkludert useriøse nasjonalstater, kan bygge kvantecomputere som er store nok og stabile nok til å støtte deres skjemmende planer..

Det er imidlertid ikke alt undergang og dysterhet for global digital sikkerhet. Eksisterende kvantecomputere mangler prosessorkraft for å bryte noen ekte kryptografisk algoritme, slik at bankopplysningene dine fremdeles er sikre mot brute force-angrep for nå. Dessuten blir den samme evnen som potensielt kan desimere all moderne offentlig nøkkelkryptografi også utnyttet av forskere for å skape ny, hack-bevis 'post-quantum-kryptografi' som potensielt kan endre landskapet for datasikkerhet i de kommende årene..

Foreløpig antas mange kjente krypteringsalgoritmer med offentlig nøkkel allerede å være sikret mot angrep fra kvantecomputere. Dette inkluderer IEEE Std 1363.1 og OASIS KMIP, som begge allerede beskriver kvante-sikre algoritmer. Organisasjoner kan også unngå potensielle angrep fra kvantedatamaskiner ved å bytte til AES-256, som gir et tilstrekkelig sikkerhetsnivå mot kvantedatamaskiner..

Utfordringer som forhindrer en kvanterevolusjon

Til tross for det enorme potensialet har kvantedatamaskiner vært en 'neste generasjon' teknologi i flere tiår uten å gå over til en levedyktig løsning for generell bruk. Det er flere grunner til det, og adressering av de fleste av dem har hittil vist seg å være utenfor moderne teknologi.

For det første de fleste kvantecomputere kan bare fungere ved en temperatur på -273 ° C (-459 ° F), en brøkdel av en grad over absolutt null (0 grader Kelvin). Som om det ikke er nok, krever det nesten null atmosfærisk trykk og må isoleres fra jordens magnetfelt.

Selv om det er en enorm utfordring å oppnå disse verdensverdige temperaturene, er det også et annet problem. De elektroniske komponentene som kreves for å kontrollere qubits, fungerer ikke under slike kalde forhold, og må oppbevares på et varmere sted. Koble dem til temperaturbestandige ledninger fungerer for rudimentære kvantechips som er i bruk i dag, men etter hvert som teknologien utvikler seg, forventes ledningens kompleksitet å bli en enorm utfordring.

Alt i betraktning må forskere finne en måte å få kvantecomputere til å jobbe ved rimeligere temperaturer for å skalere teknologien for kommersiell bruk. Heldigvis jobber fysikere allerede med det, og i fjor publiserte to sett med forskere fra University of New South Wales i Australia og QuTech i Delft, Nederland, papirer som hevdet å ha laget silisiumbaserte kvantecomputere som fungerer fullt ut grad over absolutt null.

Det høres ikke mye ut for resten av oss, men det blir hyllet som et stort gjennombrudd av kvantefysikere, som tror at det potensielt kan innvarsle en ny æra i teknologien. Det er fordi den (litt) varmere temperaturen gjør at qubits og elektronikk kan slås sammen som tradisjonelle integrerte kretser, noe som potensielt gjør dem kraftigere.

Kraftige kvantedatamaskiner du bør vite om

I tillegg til den 53-biters Sycamore-prosessoren som er nevnt tidligere, viste Google også en gate-basert kvanteprosessor kalt 'Bristlecone' på det årlige American Physical Society-møtet i Los Angeles tilbake i 2018. Selskapet mener at brikken er i stand til å endelig bringe kraften av kvanteberegning til mainstream ved å løse 'virkelige problemer'.

IBM avduket også sin første kvantecomputer, Q, i 2019, med løftet om å muliggjøre 'universelle kvantecomputere' som kunne operere utenfor forskningslaboratoriet for første gang. Beskrevet som verdens første integrerte kvanteberegningssystem for kommersiell bruk, er det designet for å løse problemer utenfor rekkevidden til klassiske datamaskiner innen områder som finansielle tjenester, legemidler og kunstig intelligens..

Honeywell International har også kunngjort sin egen kvantecomputer. Selskapet kunngjorde i juni i fjor at det har skapt 'verdens mektigste kvantecomputer'. Med et kvantevolum på 64 sies det at Honeywell-kvantecomputeren er dobbelt så kraftig som sin nærmeste konkurrent, noe som kan føre teknologien ut av laboratorier for å løse virkelige beregningsproblemer som er upraktiske å løse med tradisjonelle datamaskiner..

Quantum Computing: The Dawn of a New Era eller en trussel mot digitalt personvern?

Forskjellen mellom kvantedatamaskiner og tradisjonelle datamaskiner er så massiv at førstnevnte kanskje ikke erstatter sistnevnte snart. Imidlertid, med riktig feilretting og bedre energieffektivitet, kunne vi forhåpentligvis se mer allestedsnærværende bruk av kvantecomputere fremover. Og når det skjer, vil det være interessant å se om det vil stave slutten på digital sikkerhet slik vi kjenner det, eller innvarsle en ny daggry innen digital kryptografi.

Så, forventer du at kvantedatamaskiner snart blir (relativt) allestedsnærværende? Eller er det skjebnebestemt å forbli eksperimentell i overskuelig fremtid? Gi oss beskjed i kommentarene nedenfor. Også, hvis du vil lære mer om kryptering og kryptografi, kan du sjekke ut våre koblede artikler nedenfor:

• TKIP vs AES: Wi-Fi Security Protocols Explained
• Hva er egentlig kryptering av militær klasse
• Krypter USB-stasjoner for å sikre dataene du bærer
• 8 beste krypteringsprogramvare for Windows