Wat is kwantumcomputers en waarom geeft het aanleiding tot bezorgdheid over de privacy?

Quantum computing heeft het grootste deel van het afgelopen decennium aan de vooravond van een technologische revolutie gestaan. De beloofde doorbraak lijkt echter nog steeds niet dichterbij dan een paar jaar geleden. Ondertussen, zelfs terwijl de investeringen blijven binnenstromen, stellen experts ongemakkelijke vragen over de vraag of dit het einde betekent van online privacy zoals we die kennen. Dus wat is quantum computing, hoe verschilt het van traditionele computers, en waarom luiden onderzoekers erover? We zullen vandaag proberen al die vragen te beantwoorden.

Wat is kwantumcomputers en hoe bedreigt dit de cyberbeveiliging?

Hoewel de huidige kwantumcomputers ons een glimp hebben laten zien van waartoe de technologie in staat is, heeft het nog lang niet zijn piekpotentieel bereikt. Toch is het de belofte van ongebreidelde macht die de hackles van cyberbeveiligingsprofessionals doet rijzen. Vandaag leren we meer over die zorgen en de stappen die onderzoekers ondernemen om ze aan te pakken. Dus laten we zonder verder oponthoud eens kijken wat kwantumcomputers zijn, hoe ze werken en wat onderzoekers doen om ervoor te zorgen dat ze niet de nachtmerries op het gebied van beveiliging zijn. Inhoudsopgave + -

Wat is Quantum Computing?

Kwantumcomputers zijn machines die de eigenschappen van de kwantummechanica gebruiken, zoals superpositie en verstrengeling, om complexe problemen op te lossen. Ze leveren doorgaans enorme hoeveelheden verwerkingskracht die een orde van grootte hoger is dan zelfs de grootste en krachtigste moderne supercomputers. Hierdoor kunnen ze bepaalde rekenproblemen, zoals factorisatie van gehele getallen, aanzienlijk sneller oplossen dan gewone computers.

Geïntroduceerd in 2019, zou de 53 qubit Sycamore-processor van Google kwantumoverheersing hebben bereikt en de grenzen verleggen van wat de technologie kan doen. Het kan naar verluidt in drie minuten doen wat een klassieke computer ongeveer 10.000 jaar nodig zou hebben om te voltooien. Hoewel dit op veel gebieden grote vooruitgang belooft voor onderzoekers, heeft het ook ongemakkelijke vragen opgeworpen over privacy waar wetenschappers nu naar op zoek zijn..

Verschil tussen kwantumcomputers en traditionele computers

Het eerste en grootste verschil tussen kwantumcomputers en traditionele computers is de manier waarop ze informatie coderen. Terwijl de laatste informatie codeert in binaire 'bits' die 0s of 1s kunnen zijn, in kwantumcomputers is de basiseenheid van het geheugen een kwantumbit of 'qubit', waarvan de waarde tegelijkertijd '1' of '0' of '1 EN 0' kan zijn. Dit wordt gedaan door 'superpositie' - het fundamentele principe van de kwantummechanica dat beschrijft hoe kwantumdeeltjes in de tijd kunnen reizen, op meerdere plaatsen tegelijk kunnen bestaan ​​en zelfs kunnen teleporteren..

Superpositie stelt twee qubits in staat om vier scenario's tegelijkertijd te vertegenwoordigen in plaats van een '1' of een '0' opeenvolgend te analyseren. De mogelijkheid om meerdere waarden tegelijk aan te nemen is de belangrijkste reden waarom qubits de tijd die nodig is om een ​​dataset te maken of complexe berekeningen uit te voeren, aanzienlijk verkorten.

Een ander groot verschil tussen kwantumcomputers en conventionele computers is de afwezigheid van een kwantumcomputertaal als zodanig. Bij klassiek computergebruik is programmeren afhankelijk van computertaal (EN, OF, NIET), maar met kwantumcomputers is er niet zo'n luxe. Dat komt omdat in tegenstelling tot gewone computers, ze hebben geen processor of geheugen zoals wij die kennen. In plaats daarvan is er in tegenstelling tot conventionele computers slechts een groep qubits om informatie te schrijven zonder ingewikkelde hardware-architectuur.

In wezen zijn het relatief eenvoudige machines in vergelijking met traditionele computers, maar ze kunnen nog steeds een hoop stroom leveren die kan worden aangewend om zeer specifieke problemen op te lossen. Bij kwantumcomputers gebruiken onderzoekers doorgaans algoritmen (wiskundige modellen die ook werken op klassieke computers) die oplossingen kunnen bieden voor lineaire problemen. Deze machines zijn echter niet zo veelzijdig als conventionele computers en niet geschikt voor dagelijkse taken.

Mogelijke toepassingen van Quantum Computing

Quantum computing is nog steeds niet het gerijpte product dat sommigen dachten dat het tegen het einde van het afgelopen decennium zal zijn. Het biedt echter nog steeds een aantal fascinerende gebruiksscenario's, vooral voor programma's die een polynoom-kwantumversnelling toestaan. Het beste voorbeeld hiervan is ongestructureerd zoeken, waarbij een specifiek item in een database wordt gevonden.

Velen geloven ook dat een van de grootste toepassingen van quantumcomputing kwantumsimulatie zal zijn, die moeilijk te bestuderen is in het laboratorium en onmogelijk te modelleren met een supercomputer. Dit zou in theorie de vooruitgang in zowel de chemie als de nanotechnologie moeten bevorderen, hoewel de technologie zelf nog niet helemaal klaar is.

Een ander gebied dat kan profiteren van de vooruitgang in kwantumcomputers, is machine learning. Hoewel het onderzoek op dat gebied nog gaande is, zijn voorstanders van kwantumcomputers van mening dat de lineaire algebraïsche aard van kwantumberekening onderzoekers in staat zal stellen kwantumalgoritmen te ontwikkelen die machine learning-taken kunnen versnellen..

Dit brengt ons bij de meest opvallende use-case voor kwantumcomputers: cryptografie. De razendsnelle snelheid waarmee kwantumcomputers lineaire problemen kunnen oplossen, wordt het best geïllustreerd door de manier waarop ze cryptografie met openbare sleutels kunnen ontsleutelen. Dat komt omdat een kwantumcomputer het probleem van de factorisatie van gehele getallen, het probleem van discrete logaritmen en het probleem van discrete logaritmes met elliptische curve efficiënt zou kunnen oplossen, die samen de beveiliging van bijna alle cryptografische systemen met openbare sleutels ondersteunen..

Is Quantum Computing het einde van digitale privacy??

Aangenomen wordt dat alle drie bovengenoemde cryptografische algoritmen rekenkundig niet haalbaar zijn met traditionele supercomputers en ze worden doorgaans gebruikt om beveiligde webpagina's, versleutelde e-mail en andere soorten gegevens te versleutelen. Dat verandert echter met kwantumcomputers, die in theorie al deze complexe problemen kunnen oplossen door het algoritme van Shor te gebruiken, waardoor moderne codering in wezen onvoldoende wordt bij mogelijke aanvallen..

Het feit dat kwantumcomputers alle traditionele digitale versleuteling kunnen doorbreken, kan grote gevolgen hebben voor de elektronische privacy en veiligheid van burgers, overheden en bedrijven. Een kwantumcomputer zou efficiënt een 3.072-bits RSA-sleutel, een 128-bits AES-sleutel of een 256-bits elliptische curvesleutel kunnen kraken, omdat het gemakkelijk hun factoren kan vinden door ze in wezen terug te brengen tot slechts 26-bits.

Hoewel een 128-bits sleutel vrijwel onmogelijk te kraken is binnen een haalbaar tijdsbestek, zelfs door de krachtigste supercomputers, kan een 26-bits sleutel gemakkelijk worden gekraakt met een gewone pc thuis. Dat betekent dat alle versleuteling die door banken, ziekenhuizen en overheidsinstanties wordt gebruikt, tot nul zal worden gereduceerd als kwaadwillende actoren, waaronder schurkenstaten, kwantumcomputers kunnen bouwen die groot genoeg en stabiel genoeg zijn om hun snode plannen te ondersteunen..

Het is echter niet allemaal kommer en kwel voor wereldwijde digitale veiligheid. Bestaande kwantumcomputers hebben niet de verwerkingskracht om een ​​echt cryptografisch algoritme te doorbreken, dus uw bankgegevens zijn voorlopig nog steeds beschermd tegen brute force-aanvallen. Wat meer is, hetzelfde vermogen dat mogelijk alle moderne cryptografie met openbare sleutels kan decimeren, wordt ook door wetenschappers gebruikt om nieuwe, hackbestendige 'post-kwantumcryptografie' te creëren die mogelijk het landschap van gegevensbeveiliging in de komende jaren zou kunnen veranderen..

Voorlopig wordt aangenomen dat veel bekende coderingsalgoritmen met openbare sleutels zijn beveiligd tegen aanvallen door kwantumcomputers. Dat zijn onder meer IEEE Std 1363.1 en OASIS KMIP, die beide al kwantumveilige algoritmen beschrijven. Organisaties kunnen potentiële aanvallen van kwantumcomputers ook vermijden door over te schakelen naar AES-256, dat een adequaat beveiligingsniveau biedt tegen kwantumcomputers.

Uitdagingen die een kwantumrevolutie voorkomen

Ondanks het enorme potentieel zijn kwantumcomputers decennialang een 'next-gen'-technologie gebleven zonder over te gaan naar een haalbare oplossing voor algemeen gebruik. Er zijn meerdere redenen voor, en tot dusver is gebleken dat het aanpakken van de meeste de moderne technologie te boven gaat.

Ten eerste de meeste kwantumcomputers kunnen alleen werken bij een temperatuur van -273 ° C (-459 ° F), een fractie van een graad boven het absolute nulpunt (0 graden Kelvin). Alsof dat nog niet genoeg is, vereist het bijna nul atmosferische druk en moet het worden geïsoleerd van het magnetische veld van de aarde.

Hoewel het bereiken van die wereldvreemde temperaturen zelf een enorme uitdaging is, levert het ook een ander probleem op. De elektronische componenten die nodig zijn om de qubits te besturen, werken niet onder zulke kille omstandigheden en moeten op een warmere locatie worden bewaard. Ze verbinden met temperatuurbestendige bedrading werkt voor rudimentaire kwantumchips die tegenwoordig worden gebruikt, maar naarmate de technologie evolueert, wordt verwacht dat de complexiteit van de bedrading een enorme uitdaging zal worden..

Alles bij elkaar genomen, zullen wetenschappers een manier moeten vinden om kwantumcomputers bij redelijkere temperaturen te laten werken om de technologie op te schalen voor commercieel gebruik. Gelukkig werken natuurkundigen daar al aan, en vorig jaar publiceerden twee reeksen onderzoekers van de Universiteit van New South Wales in Australië en QuTech in Delft, Nederland, artikelen waarin werd beweerd dat ze op silicium gebaseerde kwantumcomputers hebben gemaakt die volledig werken. graad boven het absolute nulpunt.

Voor de rest van ons klinkt het niet veel, maar het wordt geprezen als een grote doorbraak door kwantumfysici, die geloven dat het mogelijk een nieuw tijdperk in de technologie zou kunnen inluiden. Dat komt omdat door de (iets) hogere temperatuur de qubits en elektronica kunnen worden samengevoegd zoals traditionele geïntegreerde schakelingen, waardoor ze mogelijk krachtiger worden.

Krachtige kwantumcomputers die u moet kennen

Naast de eerder genoemde 53-qubit Sycamore-processor, presenteerde Google ook een op gate gebaseerde kwantumprocessor genaamd 'Bristlecone' tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de American Physical Society in Los Angeles in 2018. Het bedrijf is van mening dat de chip in staat is om eindelijk de kracht te leveren. van quantum computing naar de mainstream door 'echte problemen' op te lossen.

IBM onthulde in 2019 ook zijn eerste kwantumcomputer, de Q, met de belofte om voor het eerst 'universele kwantumcomputers' mogelijk te maken die buiten het onderzoekslaboratorium zouden kunnen werken. Beschreven als 's werelds eerste geïntegreerde kwantumcomputersysteem voor commercieel gebruik, is het ontworpen om problemen op te lossen die buiten het bereik van klassieke computers liggen op gebieden zoals financiële diensten, farmaceutica en kunstmatige intelligentie.

Honeywell International heeft ook een eigen kwantumcomputer aangekondigd. Het bedrijf maakte afgelopen juni bekend dat het 'de krachtigste kwantumcomputer ter wereld' heeft gemaakt. Met een kwantumvolume van 64 zou de Honeywell-kwantumcomputer twee keer zo krachtig zijn als zijn naaste concurrent, die de technologie uit laboratoria zou kunnen halen om echte rekenproblemen op te lossen die onpraktisch zijn om op te lossen met traditionele computers.

Quantum computing: de dageraad van een nieuw tijdperk of een bedreiging voor digitale privacy?

Het verschil tussen kwantumcomputers en traditionele computers is zo groot dat de eerste de laatste misschien niet snel zal vervangen. Met de juiste foutcorrectie en een betere energie-efficiëntie zouden we hopelijk een meer alomtegenwoordig gebruik van kwantumcomputers kunnen zien in de toekomst. En als dat gebeurt, zal het interessant zijn om te zien of dit het einde zal betekenen van de digitale beveiliging zoals we die kennen of een nieuwe dageraad in digitale cryptografie inluidt..

Dus, verwacht je dat kwantumcomputers binnenkort (relatief) alomtegenwoordiger zullen worden? Of is het voorbestemd om in de nabije toekomst experimenteel te blijven? Laat het ons weten in de reacties hieronder. Als je meer wilt weten over encryptie en cryptografie, bekijk dan onze gelinkte artikelen hieronder:

• TKIP versus AES: Wi-Fi-beveiligingsprotocollen uitgelegd
• Wat precies is versleuteling van militaire kwaliteit
• Versleutel USB-drives om de gegevens die u meeneemt te beveiligen
• 8 Beste versleutelingssoftware voor Windows