By jay liu publicado el 18 de octubre de 2022
Se cree ampliamente que las computadoras cuánticas no podrán causar ningún daño grave a nuestros sistemas de seguridad durante al menos 15 años. Entonces se espera que las computadoras cuánticas a gran escala y tolerantes a fallas estén disponibles y sean capaces de ejecutar el algoritmo de Shor para descifrar RSA en un período de tiempo razonable. Bueno, la realidad es mucho más oscura: las amenazas reales a la seguridad cuántica son mucho más inmediatas, probablemente dentro de cinco años.
Quizás te preguntes: “¿En serio? ¿Cómo es eso?"
Estas amenazas a la seguridad a corto plazo provendrán de algoritmos heurísticos que se ejecutan en dispositivos cuánticos propensos a errores de la era NISQ en la que ya nos encontramos hoy.
Utilizando el algoritmo de Shor, factorizar un número RSA de 2048 bits requiere 100,000 qubits tolerantes a fallos ejecutándose durante 10 días, o 20 millones de qubits NISQ durante 8 horas. Dado que no tendremos ordenadores cuánticos de tan gran escala hasta dentro de al menos una década, podríamos sentir que tenemos mucho tiempo disponible para prepararnos.
Pero utilizando los dispositivos NISQ actuales, en Zapata Computing hemos creado un algoritmo heurístico llamado Factorización cuántica variacional (VQF, patentado), que estimamos puede factorizar un número RSA de 2048 bits con aproximadamente 6,000 qubits NISQ en una hora. Según las hojas de ruta de productos publicadas por las principales empresas de informática cuántica, se espera que las computadoras cuánticas NISQ a esta escala estén disponibles dentro de cinco años.
Piénsalo. La amenaza a la seguridad cuántica es mucho más inmediata de lo que la mayoría cree.
Bueno, quizás se pregunte: "¿Qué es un algoritmo heurístico y por qué, en este caso, es mucho más poderoso que el algoritmo de Shor cuando se trata de descifrar un número RSA?"
El pionero de la complejidad informática y ganador del premio Turing, Stephen Cook, lo define bien:
"Un algoritmo heurístico es aquel que está diseñado para resolver un problema de una manera más rápida y eficiente que los métodos tradicionales, sacrificando la optimización, la exactitud, la precisión o la integridad por la velocidad”.
En otras palabras, un algoritmo heurístico no está matemáticamente completo ni probado en teoría, pero funciona en la práctica. Un ejemplo bien conocido de algoritmo heurístico son las redes neuronales, que han demostrado ser extremadamente efectivas en aplicaciones como el reconocimiento facial, a pesar de que no existe ninguna prueba matemática de que deban funcionar. Además, se está volviendo más preciso y potente a medida que se diseñan mejores redes neuronales convolucionales.
Nuestro algoritmo VQF es otro ejemplo. A diferencia del algoritmo de Shor, es un algoritmo híbrido que utiliza tanto computadoras cuánticas como computadoras clásicas. Específicamente, transforma el problema de factorización en un problema de optimización combinatoria, utiliza computadoras clásicas para el preprocesamiento y emplea el conocido algoritmo de optimización cuántica aproximada (QAOA). Este enfoque ha reducido significativamente la cantidad de qubits necesarios para factorizar un número grande.
La amenaza NISQ es mucho más inmediata que la amenaza PQC
Si bien la mayoría de los esfuerzos en el mundo académico, los organismos de normalización y las empresas de seguridad se centran en mitigar las amenazas a la seguridad de la era de la criptografía poscuántica (PQC), dentro de una década o más, con las amenazas esperadas de los algoritmos de Shor ejecutándose a gran escala y tolerantes a fallos. computadoras, el algoritmo VQF ha expuesto la viabilidad de amenazas a la seguridad a corto plazo provenientes de algoritmos heurísticos que se ejecutan en computadoras cuánticas en la era NISQ en la que ya nos encontramos hoy.
Hemos estado analizando de cerca este tema y hablando con grandes empresas, gobiernos y organizaciones. Este es el tipo de amenaza cuántica a la ciberseguridad que más les preocupa.
Con nuestro profundo banco de científicos cuánticos y nuestra Plataforma de software Orquestra® Al ejecutarse en computadoras cuánticas, hemos desarrollado un conjunto de herramientas y servicios para ayudarlo a estar mejor preparado para las amenazas de seguridad de la era NISQ y más allá, incluida la investigación, evaluación, prueba, clasificación y verificación.
Empecemos hoy.
Jay Liu, vicepresidente de producto de Zapata Computing
