By Jay Liu diposting 18 Okt 2022
Dipercaya secara luas bahwa komputer kuantum tidak akan mampu menimbulkan bahaya serius pada sistem keamanan kita setidaknya selama 15 tahun. Saat itulah komputer kuantum skala penuh dan toleran terhadap kesalahan diharapkan tersedia dan mampu menjalankan algoritma Shor untuk memecahkan RSA dalam jangka waktu yang wajar. Kenyataannya jauh lebih suram: ancaman keamanan kuantum yang nyata jauh lebih cepat terjadi, kemungkinan besar dalam waktu lima tahun.
Anda mungkin bertanya, “Benarkah? Bagaimana?"
Ancaman keamanan jangka pendek ini akan berasal dari algoritma heuristik yang berjalan pada perangkat kuantum yang rawan kesalahan dari era NISQ yang kita jalani saat ini.
Dengan menggunakan algoritme Shor, memfaktorkan nomor RSA 2048-bit memerlukan 100,000 qubit toleransi kesalahan yang berjalan selama 10 hari, atau 20 juta qubit NISQ selama 8 jam. Karena kita tidak akan memiliki komputer kuantum berskala besar selama setidaknya satu dekade, kita mungkin merasa bahwa kita memiliki banyak waktu untuk bersiap.
Namun dengan menggunakan perangkat NISQ masa kini, kami di Zapata Computing telah menghadirkan algoritma heuristik yang disebut Anjak Kuantum Variasional (VQF, dipatenkan), yang kami perkirakan dapat memfaktorkan nomor RSA 2048-bit dengan sekitar 6,000 qubit NISQ dalam satu jam. Berdasarkan peta jalan produk yang dipublikasikan dari perusahaan komputer kuantum terkemuka, komputer kuantum NISQ pada skala ini diharapkan akan tersedia dalam waktu lima tahun.
Pikirkan tentang itu. Ancaman keamanan kuantum jauh lebih mendesak daripada yang disadari kebanyakan orang.
Nah, Anda mungkin bertanya-tanya, “Apa itu algoritma heuristik, dan mengapa dalam kasus ini, algoritma ini jauh lebih kuat daripada algoritma Shor ketika harus memecahkan nomor RSA?”
Pelopor kompleksitas komputasi dan pemenang penghargaan Turing, Stephen Cook, mendefinisikannya dengan baik:
"A algoritma heuristik adalah metode yang dirancang untuk memecahkan masalah dengan cara yang lebih cepat dan efisien dibandingkan metode tradisional dengan mengorbankan optimalitas, akurasi, presisi, atau kelengkapan demi kecepatan.”
Dengan kata lain, algoritma heuristik tidak lengkap secara matematis atau terbukti secara teori, namun berhasil dalam praktik. Contoh algoritma heuristik yang terkenal adalah jaringan saraf, yang telah terbukti sangat efektif dalam aplikasi seperti pengenalan wajah, meskipun tidak ada bukti matematis bahwa algoritma tersebut dapat berfungsi. Selain itu, ini menjadi lebih akurat dan kuat seiring dengan dirancangnya jaringan saraf konvolusional yang lebih baik.
Algoritme VQF kami adalah contoh lainnya. Berbeda dengan algoritma Shor, ini adalah algoritma hybrid yang menggunakan komputer kuantum dan komputer klasik. Secara khusus, ini memetakan masalah pemfaktoran menjadi masalah optimasi kombinatorial, menggunakan komputer klasik untuk pra-pemrosesan, dan menggunakan algoritma optimasi perkiraan kuantum (QAOA) yang terkenal. Pendekatan ini telah secara signifikan mengurangi jumlah qubit yang diperlukan untuk memfaktorkan sejumlah besar.
Ancaman NISQ Jauh Lebih Dekat dalam Jangka Waktu dibandingkan Ancaman PQC
Meskipun sebagian besar upaya di kalangan akademisi, badan standar, dan perusahaan keamanan difokuskan pada mitigasi ancaman keamanan dari era Pasca-Kriptografi Kuantum (PQC) satu dekade atau lebih ke depan dengan ancaman yang diperkirakan dari algoritme Shor yang berjalan pada skala penuh, kuantum yang toleran terhadap kesalahan komputer, algoritma VQF telah mengungkap kemungkinan ancaman keamanan jangka pendek dari algoritma heuristik yang berjalan pada komputer kuantum di era NISQ yang kita jalani saat ini.
Kami telah mencermati masalah ini dan berbicara dengan perusahaan besar, pemerintah, dan organisasi. Ancaman keamanan siber kuantum inilah yang paling mereka khawatirkan.
Dengan para ilmuwan kuantum dan kita Platform perangkat lunak Orquestra® berjalan pada komputer kuantum, kami telah mengembangkan serangkaian alat dan layanan untuk membantu Anda lebih siap menghadapi ancaman keamanan dari era NISQ dan seterusnya, termasuk penelitian, penilaian, pengujian, pemeringkatan, dan verifikasi.
Mari kita mulai hari ini.
Jay Liu, Wakil Presiden Produk di Zapata Computing
