By Jay Liu publicado em 18 de outubro de 2022
É amplamente aceito que os computadores quânticos não serão capazes de infligir nenhum dano sério aos nossos sistemas de segurança durante pelo menos 15 anos. É nesse momento que se espera que computadores quânticos tolerantes a falhas e em grande escala estejam disponíveis e sejam capazes de executar o algoritmo de Shor para quebrar o RSA em um período de tempo razoável. Bem, a realidade é muito mais obscura: as ameaças reais à segurança quântica são muito mais imediatas, provavelmente dentro de cinco anos.
Você pode estar se perguntando: “Sério? Como assim?"
Essas ameaças à segurança de curto prazo virão de algoritmos heurísticos executados em dispositivos quânticos propensos a erros da era NISQ em que já estamos hoje.
Usando o algoritmo de Shor, fatorar um número RSA de 2048 bits requer 100,000 qubits tolerantes a falhas em execução por 10 dias ou 20 milhões de qubits NISQ por 8 horas. Como não teremos computadores quânticos de grande escala por pelo menos uma década, podemos sentir que temos muito tempo disponível para nos prepararmos.
Mas usando os dispositivos NISQ atuais, nós da Zapata Computing criamos um algoritmo heurístico chamado Fatoração Quântica Variacional (VQF, patenteado), que estimamos poder fatorar um número RSA de 2048 bits com aproximadamente 6,000 qubits NISQ em uma hora. Com base em roteiros de produtos publicados pelas principais empresas de computadores quânticos, espera-se que os computadores quânticos NISQ nesta escala estejam disponíveis dentro de cinco anos.
Pense nisso. A ameaça à segurança quântica é muito mais imediata do que a maioria imagina.
Bem, você deve estar se perguntando: “O que é um algoritmo heurístico e por que, neste caso, ele é muito mais poderoso do que o algoritmo de Shor quando se trata de quebrar um número RSA?”
O pioneiro da complexidade da computação e vencedor do prêmio Turing, Stephen Cook, define bem:
"A algoritmo heurístico é aquele projetado para resolver um problema de maneira mais rápida e eficiente do que os métodos tradicionais, sacrificando a otimização, a exatidão, a precisão ou a integridade em prol da velocidade.”
Em outras palavras, um algoritmo heurístico não é matematicamente completo ou comprovado na teoria, mas funciona na prática. Um exemplo bem conhecido de algoritmo heurístico são as redes neurais, que se mostraram extremamente eficazes em aplicações como o reconhecimento facial, apesar de não haver nenhuma prova matemática de que deva funcionar. Além disso, está se tornando mais preciso e poderoso à medida que melhores redes neurais convolucionais são projetadas.
Nosso algoritmo VQF é outro exemplo. Ao contrário do algoritmo de Shor, é um algoritmo híbrido que utiliza computadores quânticos e computadores clássicos. Especificamente, ele mapeia o problema de fatoração em um problema de otimização combinatória, usa computadores clássicos para pré-processamento e emprega o conhecido algoritmo de otimização quântica aproximada (QAOA). Esta abordagem reduziu significativamente o número de qubits necessários para fatorar um grande número.
A ameaça NISQ está muito mais próxima do que a ameaça PQC
Embora a maioria dos esforços da academia, órgãos de padronização e empresas de segurança estejam focados em mitigar ameaças à segurança da era da criptografia pós-quântica (PQC), uma década ou mais adiante, com ameaças esperadas dos algoritmos de Shor rodando em escala quântica tolerante a falhas em grande escala. computadores, o algoritmo VQF expôs a viabilidade de ameaças à segurança de curto prazo provenientes de algoritmos heurísticos executados em computadores quânticos na era NISQ em que já estamos hoje.
Temos observado atentamente esta questão e conversado com grandes empresas, governos e organizações. Este é o tipo de ameaça quântica à segurança cibernética que os preocupa mais.
Com nosso profundo banco de cientistas quânticos e nossos Plataforma de software Orquestra® rodando em computadores quânticos, desenvolvemos um conjunto de ferramentas e serviços para ajudá-lo a se preparar melhor para ameaças à segurança da era NISQ e além, incluindo pesquisa, avaliação, testes, classificação e verificação.
Vamos começar hoje.
Jay Liu, vice-presidente de produto da Zapata Computing
