Kvantové počítače a jejich vliv na kybernetickou bezpečnost

Kvantové počítače jsou jedním z největších úspěchů moderní vědy s potenciálem způsobit revoluci v mnoha oblastech života, včetně kybernetické bezpečnosti. V čem se kvantový počítač liší od běžného a jaký dopad bude mít na současnou hardwarovou a digitální bezpečnost? Budou mít tradiční bezpečnostní systémy šanci u kvantových počítačů? A existuje vůbec kvantový počítač ? Vezměme toto téma pod drobnohled a podívejme se, jak fungují kvantové počítače .

Kvantový počítač – o jaké zařízení se jedná a jak funguje?

Kvantový počítač je zcela odlišný od tradičního počítače, který používáte každý den. Pojďme se tedy podívat, o čem kvantový počítač je . V běžných zařízeních se data zpracovávají ve formě bitů, které mohou nabývat pouze jednoho ze dvou stavů: 0 nebo 1. Kvantový počítač však používá tzv. qubity (kvantové bity), které fungují na zcela jiných principech. Qubit může být ve stavu kvantové superpozice, což znamená, že jeho stav je popsán kombinací základních stavů (0 a 1) s různými kvantovými pravděpodobnostmi. To neznamená, že qubit je doslova nula i jednička – je to subtilnější fyzikální jev, který nemá v klasickém světě obdoby. Když měříme qubit, vždy dostaneme buď 0 nebo 1, ale před měřením může být qubit v jakékoli kombinaci těchto hodnot, což dává kvantovým počítačům jedinečné výpočetní schopnosti. Unikátní je i jeho konstrukce – zařízení musí být ochlazeno na extrémně nízké teploty, aby qubity fungovaly stabilně. Asi se ptáte, jak vypadá kvantový počítač? Mnohem více jako futuristická laboratoř než tradiční počítač sedící na stole. Zabírá opravdu hodně místa.

Existuje již kvantový počítač?

Ano, kvantové počítače již existují a kvantové výpočty jsou v poslední době docela žhavým tématem. První kvantový počítač , i když ve srovnání s dnešními konstrukcemi velmi jednoduchý, byl vyvinut v roce 1998 týmem vědců z University of Oxford, MIT a Stanford University. Byl to experimentální model, který používal techniku ​​zvanou nukleární magnetická rezonance (NMR) k manipulaci s kvantovými stavy molekul v kapalině. V praxi dokázal zpracovat jen pár qubitů. Přestože věda a technika od té doby vzlétly, kvantové počítače jsou stále převážně v experimentální fázi a používají se k výzkumu a testování.

Do vývoje těchto zařízení masivně investují společnosti jako Google, IBM, Microsoft, ale i země jako Čína. Například v roce 2019 Google oznámil, že jeho kvantový počítač Sycamore provedl v rozumném čase výpočty nemožné na klasických počítačích. Čína také hodně investuje do vývoje vlastních kvantových počítačů . IBM na druhou stranu vyvíjí Q System One , dostupný jako součást cloudové platformy. I když už nepochybujeme, zda kvantový počítač existuje , stojí za zmínku, že pro běžného uživatele zatím není dostupný. Možnosti kvantových počítačů jsou v současnosti omezeny na velmi specifické úkoly a stavba kvantového počítače vyžaduje extrémní podmínky, jako je chlazení na teploty blízké absolutní nule. Vývoj této technologie však rychle postupuje a během několika desetiletí se může stát běžnější. Jak však dnes vypadá kvantový počítač vs konkurence? obyčejný? Zatímco naše notebooky se používají pro každodenní úkoly a složité výpočty ve vědě a průmyslu, kvantový počítač je v současné době užitečný pouze pro velmi specializované úkoly, jako je optimalizace, analýza velkých souborů dat, vývoj nových léků nebo predikce chemických reakcí.

Kvantový počítač – kdy se objeví v Evropě?

V médiích se také objevují zprávy, že se v Polsku brzy objeví kvantový počítač. V roce 2025 bude v Poznani postaveno první takové zařízení v Evropě , které podpoří vědu, průmysl a veřejný sektor. Polský kvantový počítač bude použit mj. provádět pokročilý vědecký výzkum v oblasti kvantové chemie, fyziky a biotechnologie. Díky němu bude možné provádět simulace a analýzy, které jsou mimo dosah tradičních superpočítačů

Kolik stojí kvantový počítač?

Cena kvantového počítače závisí na jeho výkonu, aplikaci a výrobci, ale v současnosti se jedná o extrémně drahou technologii, dostupnou především vládám, vědeckým institucím a velkým technologickým společnostem . Kde koupit kvantový počítač? V současnosti jsou dostupné pouze velkým firmám a výzkumným institucím. Příklady toho, kolik stojí kvantový počítač, mohou být založeny na IBM Quantum System One , jednom z nejznámějších kvantových počítačů, který je poskytován v servisním modelu (quantum as a service) a náklady na přístup začínají od několika desítek milionů dolarů ročně. použití . Kanadská společnost D-Wave , která vyrábí specializované kvantové počítače, nabízí modely, které stojí mezi 10 až 15 miliony dolarů za kus.

Například, kde IBM bere takovou cenu za kvantový počítač ? Nelze popřít, že tyto náklady vyplývají z potřeby vybudovat komplexní infrastrukturu a jak fungují kvantové počítače . Nejen, že vyžadují speciální chladicí systémy pro teploty blízké absolutní nule, ale jejich údržba také vyžaduje tým odborníků a specializované pomocné zařízení. Je to tedy docela složitý byznys. Jak vidíte, je smutné přiznat, že v současné době je kvantový počítač pro hraní bohužel mimo naše možnosti ;-) Přestože cena s rozvojem technologií klesá, kvantové počítače zůstanou vzdáleny snům běžných lidí v blízkém okolí budoucnosti a najde uplatnění především ve vědeckém výzkumu a pokročilých průmyslových projektech.

Kvantový počítač a kybernetická bezpečnost

Nyní, když víme, co je kvantový počítač, je čas přejít k jeho vlivu na současný hardware a digitální bezpečnost. Když víme, jak funguje kvantový počítač, můžeme si namlouvat, že v budoucnu budou existovat nějaká zařízení, která nás ochrání před hackery ? Budou mít tradiční bezpečnostní systémy šanci u kvantových počítačů, protože nejrychlejší kvantový počítač provádí výpočty, které by i superpočítačům zabraly 10 000 minut? let za něco málo přes 2 minuty? Odpověď se nabízí sama. Současné systémy nejsou vybaveny tak, aby se vyrovnaly s výpočetním výkonem kvantového počítače. Princip fungování je založen mimo jiné na: unikátní schopnost kvantových počítačů zpracovávat vícerozměrná data ( Shorův algoritmus rozkládá čísla na prvočísla v exponenciálně rychlejším čase než tradiční metody). To znamená, že tradiční bezpečnostní systémy, jako jsou šifrovací algoritmy RSA nebo ECC (Elliptic Curve Cryptography) , které spoléhají na obtížnost zahrnutí velkých čísel do prvočísel nebo řešení matematických problémů, prostě nemají šanci. Kvantové počítače , mimo jiné díky Shorův faktorizační algoritmus dokáže tyto problémy vyřešit nepředstavitelně rychleji než klasické počítače, což jistě znamená prolomit šifrování dat (většinu moderních protokolů, jako je HTTPS nebo VPN, lze prolomit během několika minut nebo hodin, místo let). To také znamená konec zabezpečení veřejného klíče (technologie založené na asymetrických klíčích by se staly zastaralými).

Podívejte se také na oblíbený článek na blogu SAPSAN o zásadách bezpečného online nakupování .

Kvantové počítače – co to znamená pro současné bezpečnostní systémy?

Mnoho odborníků však naznačuje, že tradiční metody šifrování budou nahrazeny tzv postkvantové algoritmy , které budou odolné vůči kvantovým útokům. Očekává se také symetrické šifrování (algoritmy jako AES-256 je pro kvantové počítače obtížnější prolomit a mohou zůstat bezpečné, i když budou vyžadovat delší klíče). Kromě hrozeb mohou kvantové počítače také posílit kybernetickou bezpečnost. Již se zmiňuje kvantová kryptografie, technologie jako Quantum Key Distribution (QKD) , která nabízí teoreticky neprolomitelné šifrovací systémy využívající základní zákony kvantové fyziky. Navíc bude možné využít pokročilou analýzu hrozeb. Kvantové počítače budou schopny rychleji analyzovat obrovské množství dat, identifikovat hrozby a reagovat na kybernetické útoky.

Řešením je proto co nejrychlejší implementace postkvantových strategií. Organizace jako NIST (National Institute of Standards and Technology) již pracují na certifikaci šifrovacích algoritmů, které jsou odolné vůči tomu, co dokáže kvantový počítač . Existuje nějaká předpověď pro budoucnost veškerého zabezpečení, na které jsme byli zvyklí? Dá se předpokládat, že postupem času budou tradiční systémy, které známe, nahrazeny moderními, které jsou odolnější vůči kvantovým útokům. Nebo se zavedení kvantových bezpečnostních systémů, jako je QKD, stane standardem v ochraně dat? Čas ukáže.

Kvantový počítač – zajímavá fakta z celého světa

Dne 15. října 2024 se pod záštitou ministra národní obrany konala konference CyberEXPERT, která se zaměřila na problematiku kvantového počítání a AI , tedy dvou přelomových technologií, kterými jsou dnes kvantové výpočty a umělá inteligence (AI). Jednalo se mj. o budoucnosti správy digitální identity, která navrhuje odklon od tradičních přihlašovacích údajů a hesel k řešením založeným na blockchainu nebo vlastní suverénní identitě. Ačkoli to zní jako sci-fi, kvantové počítače jsou schopny simulovat chemické procesy, které se ve skutečnosti ještě nestaly. Díky tomu je lze použít k navrhování nových léků nebo pokročilých materiálů.

Nelze popřít, že to, co kvantový počítač umí a k čemu slouží, zcela mění pravidla hry v kybernetické bezpečnosti a zpochybňuje efektivitu stávajících systémů. Tradiční metody si v dlouhodobém horizontu neporadí, ale je jasné, že pokrok v postkvantové technologii dává naději na vytvoření ještě bezpečnějších řešení. Samozřejmě, že vývoj kvantových technologií v současnosti naráží na četné překážky, jako jsou vysoké náklady na implementaci a technologické výzvy.