Квантовые компьютеры и их влияние на кибербезопасность

Квантовые компьютеры это одно из величайших достижений современной науки, с потенциалом революционизировать многие области жизни, включая кибербезопасность. Чем отличается квантовый компьютер от обычного и какое влияние это окажет на существующие аппаратные и цифровые средства защиты? Будут ли традиционные системы безопасности иметь шанс против квантовых компьютеров? И это квантовый компьютер в общем существует? Давайте рассмотрим эту тему и проверим, как работают квантовые компьютеры.

Квантовый компьютер – что это за оборудование и как оно работает?

Квантовый компьютер это что-то совершенно иное, чем традиционный компьютер, который ты используешь каждый день. Давайте проверим, На чем основан квантовый компьютер. В обычных устройствах данные обрабатываются в виде битов, которые могут принимать только одно из двух состояний: 0 или 1. В то время как квантовый компьютер использует так называемые кубиты (quantum bits), которые действуют по совершенно другим принципам. Кубит может находиться в состоянии квантовой суперпозиции, что означает, что его состояние описывается комбинацией основных состояний (0 и 1) с различными квантовыми вероятностями. Это не означает, что кубит буквально одновременно является нулем и единицей - это более тонкое физическое явление, которое не имеет аналога в классическом мире. Когда мы проводим измерение кубита, мы всегда получаем либо 0, либо 1, но до измерения кубит может находиться в состоянии, являющемся любой комбинацией этих значений, что дает квантовым компьютерам уникальные вычислительные возможности. Его строение тоже уникально – устройство должно быть охлаждено до экстремально низких температур, чтобы кубиты работали стабильно. Наверняка ты задаешься вопросом, как выглядит квантовый компьютер? О многом более похож на футуристическую лабораторию, чем на традиционный компьютер, стоящий на столе. Он занимает действительно много места.

Существует ли уже квантовый компьютер?

Да, квантовые компьютеры уже существуют, а квантовые вычисления это в последнее время довольно горячая тема. Первый квантовый компьютер, хотя очень простой по сравнению с сегодняшними конструкциями, был разработан в 1998 году группой ученых из Оксфордского университета, MIT и Стэнфордского университета. Это была экспериментальная модель, использующая технику, называемую ядерным магнитным резонансом (ЯМР) для манипуляций квантовыми состояниями молекул в жидкости. На практике он мог обрабатывать всего лишь несколько кубитов. Хотя с тех пор наука и технологии сделали значительный шаг вперед, тем не менее квантовые компьютеры находятся сегодня все еще в основном на экспериментальной стадии и используются для исследований и тестов. 

Компании такие как Google, IBM, Microsoft, а также страны такие как Китай активно инвестируют в развитие этих устройств. Например, в 2019 году Google объявило, что квантовый компьютер Сикамора выполнил вычисления, невозможные для проведения на классических компьютерах в разумные сроки. Китай также активно инвестируют в развитие собственных квантовых компьютеров. IBM тем не менее развивает Q System One, доступный в рамках облачной платформы. Хотя у нас больше нет сомнений, существует ли квантовый компьютер, но стоит упомянуть, что он еще не доступен для среднего пользователя. Возможности квантовых компьютеров в данный момент ограничены очень специфическими задачами, а их строение квантового компьютера требует экстремальных условий, таких как охлаждение до температур, близких к абсолютному нулю. Однако развитие этой технологии происходит быстро, и в течение нескольких десятилетий они могут стать более распространенными. Как же на сегодняшний день выглядит конкуренция квантовый компьютер против обычного? Насколько наши ноутбуки используются для повседневных задач и сложных вычислений в науке или промышленности, так и квантовый компьютер проверяется на данный момент только в очень специализированных задачах, таких как оптимизация, анализ больших массивов данных, разработка новых лекарств или предсказание химических реакций.

Квантовый компьютер – когда появится в Европе?

В СМИ также появились новости о том, что вскоре появится квантовый компьютер в Польше. В 2025 году в Познани появится первое в Европе такое устройство, которое будет поддерживать науку, промышленность и государственный сектор. Польский квантовый компьютер  послужит, в том числе, для проведения продвинутых научных исследований в области квантовой химии, физики и биотехнологии. Благодаря ему станет возможным проведение симуляций и анализов, которые находятся вне досягаемости традиционных суперкомпьютеров

Сколько стоит квантовый компьютер?

Цена квантового компьютера зависит от его мощности, применения и производителя, но в настоящее время это технология чрезвычайно дорогая, доступна в основном для правительств, научных учреждений и крупных технологических компаний. Где купить квантовый компьютер? В настоящее время они доступны только для крупных компаний и исследовательских учреждений. Примеры этого, Сколько стоит квантовый компьютер, можно опереться на IBM Quantum System One, то есть о одном из более известных квантовых компьютеров, который предоставляется в модели услуг (quantum as a service), а стоимость доступа начинается от нескольких десятков миллионов долларов за год использования. Канадская компания D-Wave, производящая специализированные квантовые компьютеры, предлагает модели, которые стоят от 10 до 15 миллионов долларов за штуку.

Откуда, например, у IBM така цена за квантовый компьютер? Нельзя скрыть, что эти расходы связаны с необходимостью строительства сложной инфраструктуры и этого как работают квантовые компьютеры. Не только потому, что они требуют специальных систем охлаждения для температур, близких к абсолютному нулю, но и их обслуживание требует команды экспертов и специализированного вспомогательного оборудования. Это довольно сложное дело. Как видишь, нужно с грустью признать, что в настоящее время квантовый компьютер для игр к сожалению, это вне нашего досягаемости ;-) Хотя цена падает с развитием технологий, квантовые компьютеры в ближайшее время останутся далеко в сфере мечтаний обычных людей и будут использоваться в основном в научных исследованиях и сложных промышленных проектах.

Квантовый компьютер кибербезопасность

Скоро мы уже знаем, Что такое квантовый компьютер пора перейти к его влиянию на современные аппаратные и цифровые средства безопасности. Осознавая, как работает квантовый компьютер, можно надеяться, что в будущем будут иметь право на существование какие-либо устройства, которые защитят нас от хакеров? Будут ли традиционные системы безопасности иметь шанс против квантовых компьютеров, поскольку самый быстрый квантовый компьютер выполняет вычисления, которые даже суперкомпьютерам заняли бы 10 тысяч лет всего за чуть более 2 минут? Ответ напрашивается сам собой. Современные системы не приспособлены для работы с вычислительной мощностью, которой располагает квантовый компьютер. Принцип действия опирается ведь в том числе на уникальную способность квантовых компьютеров обрабатывать многомерные данные (алгоритм Шора разлагает числа на простые множители с экспоненциально большей скоростью, чем традиционные методы). Это означает, что традиционные системы безопасности, такие как алгоритмы шифрования RSA да ECC (Криптография на эллиптических кривых), которые основаны на сложности разложения больших чисел на простые множители или решения математических задач, просто не имеют шансов. Квантовые компьютеры, благодаря именно алгоритму факторизации Шора, могут решать эти проблемы невероятно быстрее, чем классические компьютеры, что определенно означает взлом шифрования данных (большинство современных протоколов, таких как HTTPS или VPN, могут быть взломаны за минуты или часы, а не за годы). Это также означает конец безопасности публичных ключей (технологии, основанные на асимметричных ключах, стали бы устаревшими).

Проверьте также популярную статью в блоге SAPSAN о о принципах безопасных покупок в интернете.

Квантовые компьютеры – что это что это означает для современных систем безопасности?

Многие эксперты однако предполагают, что традиционные методы шифрования будут заменены так называемыми алгоритмами пост-количественное, которые будут устойчивы к квантовым атакам. Также ожидается, что ссимметричное шифрование (алгоритмы такие как AES-256 труднее взломать для квантовых компьютеров и могут оставаться безопасными, хотя будут требовать более длинных ключей). Кроме угроз, квантовые компьютеры также могут усилить кибербезопасность. Уже упоминается о квантовой криптографии, то есть технологии такой как Квантовое распределение ключей (QKD), которая предлагает теоретически неразрывные системы шифрования, использующие фундаментальные законы квантовой физики. Кроме того, будет возможно использовать углубленный анализ угроз. Квантовые компьютеры смогут быстрее анализировать огромные объемы данных, выявлять угрозы и реагировать на кибератаки.

Решением является как можно быстрее внедрить постквантовые стратегии. Такие организации как NIST (Национальный институт стандартов и технологий) уже работают над сертификацией алгоритмов шифрования, устойчивых к тому, что умеет квантовый компьютер. Существует ли какая-то прогноз на будущее всех защит, к которым мы привыкли? Можно предположить, что со временем известные нам традиционные системы будут заменены современными, более устойчивыми к квантовым атакам. А может введение квантовых систем защиты, таких как QKD, станет стандартом в защите данных? Время покажет.

Квантовый компьютер – интересные факты из мира

15 октября 2024 года, под патронажем Министра обороны страны прошла конференция CyberEXPERT, которая сосредоточилась на вопросе квантовые вычисления и ИИ, то есть на двух прорывных технологиях, такими как сегодня квантовые вычисления и искусственный интеллект (AI). На ней обсуждались, в частности, темы будущего управления цифровой идентичностью, предлагая отход от традиционных логинов и паролей в пользу решений, основанных на блокчейне или самоуправляемой идентичности. Хотя это звучит как научная фантастика, квантовые компьютеры способны симулировать химические процессы, которые на самом деле еще не произошли. Благодаря этому они могут использоваться для разработки новых лекарств или сложных материалов. 

Нельзя скрыть, что то, что умеет и для чего нужен квантовый компьютер, совершенно меняет правила игры в кибербезопасности, подрывая эффективность существующих систем. Традиционные методы не справятся в долгосрочной перспективе, но видно, что прогресс в пост-квантовых технологиях дает надежду на создание еще более безопасных решений. Конечно, развитие квантовых технологий пока сталкивается с многочисленными препятствиями, такими как высокая стоимость внедрения и технологические вызовы.