Hvad er Quantum Computing, og hvorfor øger det fortrolighed med hensyn til privatlivets fred?

Kvantecomputering er forblevet på spidsen for en teknologirevolution i det meste af det sidste årti. Det lovede gennembrud ser imidlertid stadig ikke nærmere ud end for få år siden. I mellemtiden rejser eksperter, selvom investeringerne løber ind, ubehagelige spørgsmål om, hvorvidt det repræsenterer afslutningen på online privatliv, som vi kender det. Så hvad er quantum computing, hvordan adskiller det sig fra traditionelle computere, og hvorfor ringer forskere alarmklokken om det? Vi vil forsøge at besvare alle disse spørgsmål i dag.

Hvad er kvanteberegning, og hvordan det truer cybersikkerhed

Mens nutidens kvantecomputere har givet os et glimt af, hvad teknologien er i stand til, har den stadig ikke nået nogen steder nær sit højeste potentiale. Alligevel er det løftet om uhæmmet magt, der hæver hackerne fra cybersikkerhedsprofessionelle. I dag lærer vi mere om disse bekymringer og de skridt, som forskere tager for at løse dem. Så uden videre, lad os tjekke, hvad der er kvantecomputere, hvordan de fungerer, og hvad forskere gør for at sikre, at de ikke bliver sikkerhedsmareridt. Indholdsfortegnelse + -

Hvad er Quantum Computing?

Kvantecomputere er maskiner, der bruger kvantemekanikens egenskaber, som superposition og vikling for at løse komplekse problemer. De leverer typisk enorme mængder processorkraft, der er en størrelsesorden højere end selv de største og mest magtfulde moderne supercomputere. Dette giver dem mulighed for at løse visse beregningsproblemer, såsom heltal faktorisering, væsentligt hurtigere end almindelige computere.

Introduceret i 2019 siges det, at Googles Sycamore-processor på 53 qubit har opnået kvanteoverlegenhed, hvilket skubber grænserne for, hvad teknologien kan gøre. Det kan angiveligt gøre på tre minutter, hvad en klassisk computer ville tage omkring 10.000 år at gennemføre. Selv om dette lover store fremskridt for forskere på mange områder, har det også rejst ubehagelige spørgsmål om privatlivets fred, som forskere nu kæmper for at tage fat på.

Forskellen mellem kvantecomputere og traditionelle computere

Den første og største forskel mellem kvantecomputere og traditionelle computere er i den måde, de koder information på. Mens sidstnævnte koder information i binære 'bits', der enten kan være 0s eller 1s, i kvantecomputere er den grundlæggende hukommelsesenhed en kvantebit eller 'qubit', hvis værdi kan være enten '1' eller '0' eller '1 OG 0' samtidigt. Dette gøres ved 'superposition' - det grundlæggende princip for kvantemekanik, der beskriver, hvordan kvantepartikler kan rejse i tiden, eksistere flere steder på en gang og endda teleportere.

Superposition giver to qubits mulighed for at repræsentere fire scenarier på samme tid i stedet for at analysere en '1' eller en '0' sekventielt. Evnen til at påtage sig flere værdier på samme tid er den primære årsag til, at qubits reducerer den tid, det tager at knuse et datasæt eller udføre komplekse beregninger betydeligt..

En anden stor forskel mellem kvantecomputere og konventionelle computere er fraværet af noget kvantecomputersprog i sig selv. I klassisk computing afhænger programmering af computersprog (AND, OR, NOT), men med kvantecomputere er der ingen sådan luksus. Det skyldes, i modsætning til almindelige computere, de har ikke en processor eller hukommelse, som vi kender det. I stedet er der kun en gruppe qubits til at skrive information uden kompliceret hardware-arkitektur i modsætning til konventionelle computere.

Dybest set er de relativt enkle maskiner sammenlignet med traditionelle computere, men kan stadig tilbyde strømkilder, der kan udnyttes til at løse meget specifikke problemer. Med kvantecomputere bruger forskere typisk algoritmer (matematiske modeller, der også fungerer på klassiske computere), der kan levere løsninger på lineære problemer. Disse maskiner er dog ikke så alsidige som konventionelle computere og er ikke egnede til daglige opgaver.

Potentielle anvendelser af Quantum Computing

Kvantecomputering er stadig ikke det modne produkt, som nogle troede, at det ville være ved udgangen af ​​det sidste årti. Det tilbyder dog stadig nogle fascinerende brugssager, især til programmer, der indrømmer en polynomisk kvantehastighed. Det bedste eksempel på det er ustruktureret søgning, som involverer at finde et bestemt element i en database.

Mange tror også, at et af de største anvendelsestilfælde af kvanteberegning vil være kvantesimulering, hvilket er svært at studere i laboratoriet og umuligt at modellere med en supercomputer. Dette skal i teorien hjælpe fremskridt inden for både kemi og nanoteknologi, selvom selve teknologien stadig ikke er helt klar.

Et andet område, der kan drage fordel af fremskridt inden for kvantecomputering, er maskinindlæring. Mens forskning inden for dette område stadig er i gang, mener talsmænd for kvanteberegning, at den lineære algebraiske karakter af kvanteberegning vil gøre det muligt for forskere at udvikle kvantealgoritmer, der kan fremskynde maskinlæringsopgaver.

Dette bringer os til den mest bemærkelsesværdige brugssag for kvantecomputere - kryptografi. Den brændende hastighed, hvormed kvantecomputere kan løse lineære problemer, illustreres bedst i den måde, hvorpå de kan dekryptere offentlig nøglekryptografi. Det skyldes, at en kvantecomputer effektivt kunne løse problemet med heltalsfaktorisering, det diskrete logaritmeproblem og det elliptiske kurve diskrete logaritmeproblem, som tilsammen understøtter sikkerheden for næsten alle offentlige nøglekryptografiske systemer.

Er Quantum Computing slutningen på digital fortrolighed?

Alle tre ovennævnte kryptografiske algoritmer menes at være beregningsmæssigt umulige med traditionelle supercomputere og bruges typisk til at kryptere sikre websider, krypteret e-mail og andre typer data. Imidlertid ændres det med kvantecomputere, som i teorien kan løse alle disse komplekse problemer ved hjælp af Shors algoritme, hvilket i det væsentlige gør moderne kryptering utilstrækkelig i lyset af mulige angreb..

Det faktum, at kvantecomputere kan bryde al traditionel digital kryptering, kan have betydelige konsekvenser for elektronisk privatliv og sikkerhed for borgere, regeringer og virksomheder. En kvantecomputer kunne effektivt knække en 3.072-bit RSA-nøgle, en 128-bit AES-nøgle eller en 256-bit elliptisk kurvetast, da den let kan finde deres faktorer ved i det væsentlige at reducere dem til kun 26-bit.

Mens en 128-bit nøgle er næsten umulig at knække inden for en gennemførlig tidsramme selv af de mest magtfulde supercomputere, kan en 26-bit nøgle let knækkes ved hjælp af en almindelig hjemme-pc. Hvad det betyder er, at al kryptering, der bruges af banker, hospitaler og offentlige organer, vil blive reduceret til intet, hvis ondsindede aktører, herunder slyngelstater, kan bygge kvantecomputere, der er store nok og stabile nok til at understøtte deres onde planer.

Det er dog ikke alt undergang og dysterhed for global digital sikkerhed. Eksisterende kvantecomputere mangler processorkraft til at bryde enhver ægte kryptografisk algoritme, så dine bankoplysninger er stadig sikre mod brutale kraftangreb indtil videre. Hvad mere er, den samme evne, der potentielt kan decimere al moderne offentlig nøglekryptografi, udnyttes også af forskere til at skabe ny, hackesikker 'post-quantum-kryptografi', der potentielt kan ændre landskabet for datasikkerhed i de kommende år.

For øjeblikket menes mange velkendte krypteringsalgoritmer med offentlig nøgle allerede at være sikret mod angreb fra kvantecomputere. Dette inkluderer IEEE Std 1363.1 og OASIS KMIP, som begge allerede beskriver kvante-sikre algoritmer. Organisationer kan også undgå potentielle angreb fra kvantecomputere ved at skifte til AES-256, hvilket giver et tilstrækkeligt niveau af sikkerhed mod kvantecomputere.

Udfordringer, der forhindrer en kvante revolution

På trods af dets enorme potentiale har kvantecomputere været en 'næste generations' teknologi i årtier uden at gå over til en levedygtig løsning til generel brug. Der er flere grunde til det, og adressering af de fleste af dem har hidtil vist sig at være uden for moderne teknologi.

For det første de fleste kvantecomputere kan kun fungere ved en temperatur på -273 ° C (-459 ° F), en brøkdel af en grad over absolut nul (0 grader Kelvin). Som om det ikke er nok, kræver det næsten nul atmosfærisk tryk og skal isoleres fra Jordens magnetfelt.

Selvom det er en enorm udfordring at nå disse uværdige temperaturer, er det også et andet problem. De elektroniske komponenter, der kræves for at kontrollere qubits, fungerer ikke under sådanne kølige forhold og skal opbevares et varmere sted. At forbinde dem med temperaturbestandige ledninger fungerer til rudimentære kvantechips, der er i brug i dag, men efterhånden som teknologien udvikler sig, forventes ledningens kompleksitet at blive en enorm udfordring.

Alt i alt bliver forskere nødt til at finde en måde at få kvantecomputere til at arbejde ved mere fornuftige temperaturer for at skalere teknologien til kommerciel brug. Heldigvis arbejder fysikere allerede på det, og sidste år offentliggjorde to sæt forskere fra University of New South Wales i Australien og QuTech i Delft, Holland, papirer, der hævdede at have oprettet siliciumbaserede kvantecomputere, der fungerer med en fuld grad over absolut nul.

Det lyder ikke meget for resten af ​​os, men det hyldes som et stort gennembrud af kvantefysikere, der mener, at det potentielt kan indvarsle en ny æra inden for teknologien. Det skyldes, at den (lidt) varmere temperatur gør det muligt at forbinde qubits og elektronik som traditionelle integrerede kredsløb, hvilket potentielt gør dem mere kraftfulde.

Kraftige kvantecomputere, du bør vide om

Ud over den 53-qubit Sycamore-processor, der blev nævnt tidligere, viste Google også en gate-baseret kvanteprocessor kaldet 'Bristlecone' på det årlige American Physical Society-møde i Los Angeles tilbage i 2018. Virksomheden mener, at chippen er i stand til endelig at bringe strømmen kvantecomputering til mainstream ved at løse 'virkelige problemer'.

IBM afslørede også sin første kvantecomputer, Q, i 2019 med løftet om at muliggøre 'universelle kvantecomputere', der kunne operere uden for forskningslaboratoriet for første gang. Beskrevet som verdens første integrerede kvantecomputersystem til kommerciel brug, det er designet til at løse problemer uden for rækkevidde af klassiske computere inden for områder som finansielle tjenester, lægemidler og kunstig intelligens.

Honeywell International har også annonceret sin egen kvantecomputer. Virksomheden meddelte i juni sidste år, at det har skabt 'verdens mest magtfulde kvantecomputer'. Med et kvantevolumen på 64 siges det, at Honeywell-kvantecomputeren er dobbelt så stærk som sin nærmeste konkurrent, hvilket kan bringe teknologien ud af laboratorier til at løse virkelige beregningsproblemer, der er upraktiske at løse med traditionelle computere..

Quantum Computing: Dawn of a New Era eller en trussel mod digitalt privatliv?

Forskellen mellem kvantecomputere og traditionelle computere er så massiv, at førstnævnte muligvis ikke erstatter sidstnævnte snart. Men med korrekt fejlkorrektion og bedre energieffektivitet kunne vi forhåbentlig se mere allestedsnærværende brug af kvantecomputere fremadrettet. Og når det sker, vil det være interessant at se, om det vil stave slutningen af ​​digital sikkerhed, som vi kender det, eller indvarsle en ny daggry inden for digital kryptografi.

Så forventer du, at kvantecomputere snart bliver (relativt) allestedsnærværende? Eller er det bestemt til at forblive eksperimentelt i overskuelig fremtid? Lad os vide i kommentarerne nedenfor. Hvis du også vil lære mere om kryptering og kryptografi, skal du tjekke vores linkede artikler nedenfor:

• TKIP vs AES: Wi-Fi-sikkerhedsprotokoller forklaret
• Hvad der nøjagtigt er kryptering af militær kvalitet
• Krypter USB-drev for at sikre de data, du bærer
• 8 Bedste krypteringssoftware til Windows