By Jay'a Liu wysłano 18 października 2022 r
Powszechnie uważa się, że komputery kwantowe nie będą w stanie wyrządzić żadnej poważnej szkody naszym systemom bezpieczeństwa przez co najmniej 15 lat. Oczekuje się, że wtedy będą dostępne pełnowymiarowe, odporne na awarie komputery kwantowe, które będą w stanie uruchomić algorytm Shora w celu złamania RSA w rozsądnym czasie. Cóż, rzeczywistość jest znacznie ciemniejsza: rzeczywiste zagrożenia bezpieczeństwa kwantowego są znacznie bardziej bezpośrednie, najprawdopodobniej w ciągu pięciu lat.
Być może zapytasz: „Naprawdę? Jak to?"
Te krótkoterminowe zagrożenia bezpieczeństwa będą wynikać z algorytmów heurystycznych działających na podatnych na błędy urządzeniach kwantowych z ery NISQ, w której już żyjemy.
Korzystając z algorytmu Shora, rozkład na czynniki 2048-bitowej liczby RSA wymaga 100,000 10 kubitów odpornych na błędy działających przez 20 dni lub 8 milionów kubitów NISQ przez XNUMX godzin. Ponieważ przez co najmniej dekadę nie będziemy mieli tak wielkoskalowych komputerów kwantowych, możemy odnieść wrażenie, że mamy dużo czasu na przygotowanie się.
Ale korzystając z dzisiejszych urządzeń NISQ, w Zapata Computing opracowaliśmy algorytm heurystyczny zwany Wariacyjny faktoring kwantowy (VQF, opatentowany), który, jak szacujemy, może uwzględnić 2048-bitową liczbę RSA z około 6,000 kubitów NISQ w ciągu jednej godziny. Na podstawie opublikowanych planów rozwoju produktów wiodących producentów komputerów kwantowych oczekuje się, że komputery kwantowe NISQ tej skali będą dostępne w ciągu pięciu lat.
Pomyśl o tym. Zagrożenie bezpieczeństwa kwantowego jest znacznie bardziej bezpośrednie, niż większość zdaje sobie sprawę.
Cóż, możesz się zastanawiać: „Co to jest algorytm heurystyczny i dlaczego w tym przypadku jest on o wiele potężniejszy niż algorytm Shora, jeśli chodzi o łamanie liczby RSA?”
Pionier złożoności obliczeniowej i zdobywca nagrody Turinga, Stephen Cook, dobrze to definiuje:
" algorytm heurystyczny to taki, który ma na celu rozwiązanie problemu w szybszy i bardziej efektywny sposób niż tradycyjne metody, poświęcając optymalność, dokładność, precyzję i kompletność na rzecz szybkości.
Innymi słowy, algorytm heurystyczny nie jest matematycznie kompletny ani sprawdzony w teorii, ale działa w praktyce. Dobrze znanym przykładem algorytmu heurystycznego są sieci neuronowe, które okazały się niezwykle skuteczne w zastosowaniach takich jak rozpoznawanie twarzy, mimo że nie ma matematycznego dowodu na to, że powinno to działać. Co więcej, w miarę projektowania coraz lepszych splotowych sieci neuronowych, staje się ono dokładniejsze i wydajniejsze.
Nasz algorytm VQF jest kolejnym przykładem. W przeciwieństwie do algorytmu Shora jest to algorytm hybrydowy wykorzystujący zarówno komputery kwantowe, jak i komputery klasyczne. W szczególności odwzorowuje problem faktoringu na problem optymalizacji kombinatorycznej, wykorzystuje klasyczne komputery do wstępnego przetwarzania i wykorzystuje dobrze znany algorytm optymalizacji przybliżonej kwantowo (QAOA). Podejście to znacznie zmniejszyło liczbę kubitów wymaganych do rozłożenia dużej liczby na czynniki.
Zagrożenie NISQ jest o wiele bliższe niż zagrożenie PQC
Chociaż większość wysiłków środowisk akademickich, organów normalizacyjnych i firm zajmujących się bezpieczeństwem koncentruje się na łagodzeniu zagrożeń bezpieczeństwa z ery kryptografii postkwantowej (PQC) za dziesięć lub więcej lat, przy oczekiwanych zagrożeniach ze strony algorytmów Shora działających na pełną skalę, odpornych na uszkodzenia kwantowych komputerów, algorytm VQF ujawnił wykonalność krótkoterminowych zagrożeń bezpieczeństwa ze strony algorytmów heurystycznych działających na komputerach kwantowych w erze NISQ, w której już żyjemy.
Przyglądaliśmy się uważnie tej kwestii i rozmawialiśmy z dużymi przedsiębiorstwami, rządami i organizacjami. To właśnie tego rodzaju kwantowe zagrożenie cyberbezpieczeństwa budzą największe obawy.
Dzięki naszej głębokiej ławie naukowców zajmujących się kwantami i naszym Platforma oprogramowania Orquestra® działając na komputerach kwantowych, opracowaliśmy zestaw narzędzi i usług, które pomogą Ci lepiej przygotować się na zagrożenia bezpieczeństwa z ery NISQ i później, obejmujące badania, ocenę, testowanie, ocenianie i weryfikację.
Zacznijmy już dziś.
Jay Liu, wiceprezes ds. produktu w Zapata Computing
