คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังคงให้ความรู้สึกเหมือนเป็นอาณาจักรแห่งนิยายวิทยาศาสตร์ คำมั่นสัญญาคือคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถคำนวณได้เร็วกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในปัจจุบันถึงร้อยล้านเท่า นี้จะมีผลในเชิงบวกอย่างมากสำหรับการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญ
แต่มีผลข้างเคียงที่มืดกว่า: การเข้ารหัสที่ต้องใช้เวลาหลายพันปีในการถอดรหัสด้วยคอมพิวเตอร์ทั่วไปสามารถส่งได้ภายในไม่กี่นาทีหรือไม่กี่วินาที ความหมายในปัจจุบันก็คือ ฝ่ายตรงข้ามสามารถดูดซับและจัดเก็บข้อมูล ซึ่งพวกเขาสามารถโจมตีด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ข้อมูลทางธุรกิจและส่วนบุคคลบางอย่างจะถูกเก็บเป็นความลับเป็นเวลานาน ดังนั้นจึงคุ้มค่าที่จะเสริมความแข็งแกร่งของข้อมูลเพื่อต้านทานการโจมตีด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม
คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร
ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นของการคำนวณควอนตัมเหนือเครื่อง "ฟอน นอยมันน์" ที่มีอยู่นั้นเป็นความก้าวหน้าที่ใครๆ ก็ยกโทษให้ได้โดยง่ายเพราะไม่เชื่อว่ามีจริง แต่ความเร็วเป็นผลพลอยได้จากวิธีการทำงานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งแตกต่างอย่างเห็นได้ชัด ชิปคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมยังคงใช้แนวคิดคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบโดย John Von Neumann และเผยแพร่ในปี 1945 ในระบบนี้ การดำเนินการแต่ละครั้งจะดำเนินการตามลำดับ อ่านจากอุปกรณ์อินพุต ทำงานอย่างมีตรรกะ แล้วจึงกลับสู่ที่เก็บข้อมูล
แม้แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบขนานขนาดใหญ่ก็ยังทำงานในลักษณะนี้ หากดำเนินการหลายพันครั้งพร้อมกัน แกนประมวลผลของ CPU จะยังคงดำเนินการตามลำดับ GPU นั้นง่ายกว่าซีพียู แต่ก็มีหน่วยที่เรียงตามลำดับเช่นกัน แต่มีการขนานกันที่มากกว่าของหน่วยอื่นๆ อีกมาก การคำนวณแบบดั้งเดิมยังใช้งานได้กับบิตซึ่งมีสองสถานะ โดยปกติแล้วจะแสดงด้วย 0 และ 1 อินพุตจะเป็นสถานะเดียว และหลังจากการดำเนินการ เอาต์พุตจะเป็นสถานะเดียวกันหรืออีกสถานะหนึ่ง เมื่อปัญหามีความซับซ้อนมากขึ้น โดยมีความเป็นไปได้ในการคำนวณมากขึ้น การแยกย่อยออกเป็นการคำนวณตามลำดับทีละรายการอาจหมายความว่าปัญหาเหล่านี้อยู่นอกเหนือความสามารถของสถาปัตยกรรมปัจจุบัน
นี่ไม่ใช่วิธีการทำงานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม แทนที่จะประกอบด้วยแกนประมวลผลเดี่ยวจำนวนมากเพื่อดำเนินการแบบบิตเดียวตามลำดับแบบขนาน คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานบนความน่าจะเป็นของสถานะของวัตถุก่อนที่จะทำการวัด สถานะเหล่านี้รู้จักกันในชื่อ qubits เป็นคุณสมบัติที่ไม่ได้กำหนดไว้ของวัตถุก่อนการตรวจจับ เช่น โพลาไรเซชันของโฟตอนหรือการหมุนของอิเล็กตรอน เนื่องจากสถานะควอนตัมเหล่านี้ไม่มีตำแหน่งที่ชัดเจนก่อนการวัด พวกมันจึงรวมตำแหน่งที่เป็นไปได้ที่แตกต่างกันหลายตำแหน่งพร้อมกัน แทนที่จะเป็นเพียงสองตำแหน่ง
อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะไม่ได้กำหนดไว้จนกว่าจะมีการวัด แต่สถานะผสมเหล่านี้สามารถ "พันกัน" กับสถานะของวัตถุอื่น ๆ ในลักษณะที่เกี่ยวข้องทางคณิตศาสตร์ ด้วยการประยุกต์คณิตศาสตร์ของความยุ่งเหยิงนี้กับอัลกอริธึม ปัญหาที่ซับซ้อนสามารถแก้ไขได้ในการดำเนินการครั้งเดียว ในด้านหนึ่ง สามารถใช้กับวิทยาศาสตร์ที่ยากมาก เช่น การทำนายปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคหลายตัวในปฏิกิริยาเคมี หรือการสร้างรหัสรักษาความปลอดภัยที่ถอดรหัสได้ยากกว่ารหัสในปัจจุบัน แต่ในทางกลับกัน พวกมันยังสามารถใช้เพื่อถอดรหัสรหัสที่มีอยู่ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะถอดรหัสด้วยเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน เนื่องจากพวกเขาสามารถผ่านวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้มากมายในคราวเดียว
เมื่อพิจารณาจากมุมมองแล้ว คอมพิวเตอร์ทั่วไปจะใช้เวลาประมาณ 300 พันล้านปี ซึ่งมีอายุมากกว่าจักรวาลถึง 22,000 เท่า เพื่อถอดรหัสการเข้ารหัส RSA แบบ 2048 บิตที่แพร่หลาย แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มี 4.099 คิวบิตจะใช้เวลาเพียง 10 วินาที โดยใช้อัลกอริทึมของ Shor ซึ่งออกแบบมาเพื่อค้นหาปัจจัยเฉพาะของจำนวนเต็มที่ใช้ในคีย์เข้ารหัส เห็นได้ชัดว่ามีอันตรายที่ใกล้จะเกิดขึ้นกับการเข้ารหัสหลายรูปแบบ ตัวอย่างเช่น SSL และ TLS ที่แพร่หลายที่ใช้ในการเข้ารหัสการเชื่อมต่อเว็บใช้คีย์ RSA 2048 บิต ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงที่จะถูกละเมิดโดยคอมพิวเตอร์ควอนตัม
คอมพิวเตอร์ควอนตัมในปัจจุบันเร็วแค่ไหน?
ข่าวดีก็คือว่าเรายังไม่ได้ไปที่นั่น แม้ว่า 4099 คิวบิตดูเหมือนจะไม่มากนักเมื่อตอนนี้เรามีโปรเซสเซอร์ 64 คอร์ที่ทำงานมากกว่า 3 พันล้านรายการต่อวินาทีต่อคอร์ แต่ก็ยังเป็นมากกว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทรงพลังที่สุดในปัจจุบัน Eagle ของ IBM ซึ่งเปิดตัวในช่วงปลายปี 2021 มีเพียง 127 คิวบิต Sycamore ของ Google มีเพียง 53 qubit, Jiuzhang ของ China University of Science and Technology มี 76 qubit และโปรเซสเซอร์ควอนตัมส่วนใหญ่ (QPU) มีน้อยกว่า 50 qubit มีโปรเซสเซอร์ "quantum annealing" ของ D-Wave ที่มีความเร็วสูงสุด 5760 qubits แต่ต้องใช้ผลลัพธ์ที่เป็นไปได้อย่างจำกัด และไม่สามารถเรียกใช้อัลกอริทึม Shor ที่จำเป็นในการถอดรหัสการเข้ารหัสได้
การพัฒนากำลังคืบหน้าอย่างไรก็ตาม Xanadu วางแผนที่จะเปิดตัว QPU 216 คิวบิตที่เรียกว่า Borealis ในปี 2022 และ IBM ตั้งเป้าที่จะโจมตี 433 qubits ในปี 2022 ด้วย Osprey ตามด้วย 1121 qubits ด้วย Condor ในปี 2023 ดังนั้นในขณะที่การเข้ารหัสแบบเดิมยังคงปลอดภัยอยู่ในขณะนี้ มันจะไม่เป็นเช่นนั้น นานขึ้น ตัวอย่างเช่น โร้ดแมปของ IBM ตั้งเป้าไว้ที่ 4.158 qubits ภายในปี 2025 ทำให้มีแนวโน้มว่าการแคร็ก RSA 2.048 บิตแบบเกือบเรียลไทม์จะเป็นไปได้ก่อนปี 2030 ซึ่งเป็นปีล่าสุดที่ NIST มองว่าเป็นแบบนั้น แต่ก็ยังปลอดภัยอยู่ คุณอาจไม่สามารถออกไปซื้อเดสก์ท็อปคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ภายในปี 2030: คอมพิวเตอร์ควอนตัมเครื่องแรกของ D-Wave ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดมีราคา 15 ล้านยูโรเมื่อวางจำหน่ายในปี 2017 ราคาจะลดลง แต่มีแนวโน้มว่าเป็นเพียงธุรกิจขนาดใหญ่และประเทศต่างๆ . ที่มี QPU ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าทุกประเทศเหล่านี้จะมีผลประโยชน์สูงสุดในใจ ดังนั้นอันตรายจึงใกล้เข้ามา
เสริมสร้างความปลอดภัยทางไซเบอร์จากการคำนวณควอนตัม
โชคดีที่ถึงเวลาเตรียมตัวรับมือกับภัยคุกคาม ตัวอย่างเช่น การใช้ผลิตภัณฑ์รักษาความปลอดภัยตามการเข้ารหัสหลังควอนตัม ผลิตภัณฑ์เหล่านี้สามารถปกป้องข้อมูลที่ละเอียดอ่อนของคุณได้ในวันนี้และในอนาคตจากการโจมตีคอมพิวเตอร์ควอนตัม
อัลกอริธึมการเข้ารหัสในปัจจุบันใช้การแยกตัวประกอบจำนวนเต็ม ลอการิทึมแบบไม่ต่อเนื่อง หรือลอการิทึมแบบแยกส่วนโค้งรูปวงรี ซึ่งอัลกอริธึมของ Shor สามารถเอาชนะได้โดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม การเข้ารหัสหลังควอนตัมกำลังเคลื่อนไปสู่แนวทางอื่นที่ไม่เสี่ยงต่อการคำนวณควอนตัม การวิจัยยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นและอาศัยวิธีการหลัก XNUMX วิธี แต่มีผลิตภัณฑ์ที่ใช้เทคโนโลยีนี้มีอยู่แล้ว ตัวอย่างคือ QST-VPN (เปิดในแท็บใหม่) ตามไลบรารี OpenVPN แต่ด้วยอัลกอริธึมความปลอดภัยหลังควอนตัมที่ปกป้องข้อมูลผู้ใช้ ซอฟต์แวร์เซิร์ฟเวอร์ถูกส่งผ่าน AWS Cloud โดยมีไคลเอนต์สำหรับ Windows, MacOS และลีนุกซ์รุ่นต่างๆ มากมาย ทำให้ธุรกิจสามารถเริ่มเพิ่มความปลอดภัยได้ในตอนนี้ แทนที่จะในภายหลัง ม้าควอนตัมหายไปแล้ว
การคำนวณควอนตัมมีศักยภาพมหาศาลในการปฏิวัติความเร็วที่เราสามารถทำการคำนวณได้ เช่นเดียวกับการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ สิ่งนี้มีทั้งความหมายที่ดีและไม่ดี แต่ตอนนี้เรารู้แล้วว่าการรักษาความปลอดภัยทางไซเบอร์มีไว้เพื่ออะไรในอนาคตอันใกล้นี้ อย่างน้อย เราก็สามารถเตรียมพร้อมสำหรับศักยภาพที่เป็นประโยชน์ของคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อให้เกินดุลความเป็นไปได้ที่สร้างความเสียหายได้มากกว่า
TechRadar Pro สร้างเนื้อหานี้ผ่านความร่วมมือแบบชำระเงินกับ One Beyond เนื้อหาของบทความนี้มีความเป็นอิสระทั้งหมดและสะท้อนความเห็นบรรณาธิการของ One Beyond เท่านั้น