kryptografia
Zeszłej jesieni firma Google poinformowała, że osiągnęła supremację kwantową, co dla przeciętnego użytkownika może brzmieć nieco abstrakcyjnie. W rzeczywistości zespół Google użył komputera kwantowego do rozwiązania problemu, który sprawiłby kłopoty nawet najnowszemu superkomputerowi. Czy to nie imponujące?
Stan obliczeń kwantowych ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo naszych danych. Ostatecznie przecież wiele sposobów ochrony w świecie cyfrowym opiera się nie na tym, że czegoś nie można zhakować, ale na tym, że potrzeba na to rozsądną ilość czasu. Przyjrzyjmy się zatem nowej zabawce od Google’a i zastanówmy się, czy musimy się martwić, że pewnego dnia cyberprzestępcy będą mogli włamać się do naszego życia.
Co to jest komputer kwantowy?
Największą różnicą między komputerami kwantowymi a tradycyjnym tranzystorem, którego dziś wszyscy używamy, jest sposób traktowania danych. Urządzenia, jakie znamy — począwszy od smartfonów i laptopów po superkomputery szachowe Deep Blue — przechowują wszystko w bitach, czyli najmniejszej jednostce informacji. Bit może przyjmować jedną z dwóch wartości: 0 lub 1.
Podobnie sytuacja ma się z żarówką, która może być włączona (1) lub wyłączona (0). Plik znajdujący się na dysku komputera jest jak zestaw żarówek, z których część jest włączona, a część wyłączona. Dzięki kilku takim żarówkom możemy odkodować informację, na przykład przeczytać zdanie lub zobaczyć jakiś obraz.
Gdy urządzenie posługujące się dwoma stanami rozwiązuje jakiś problem, musi nieustannie włączać i wyłączać te żarówki, zapisując i wymazując efekty obliczeń pośrednich, dzięki czemu nie dochodzi do zapchania jego pamięci. Ponieważ potrzebne jest na to trochę czasu, w przypadku skomplikowanego zadania komputer może myśleć na zadaniem naprawdę długo.
Komputery kwantowe, w przeciwieństwie do swoich starszych kuzynów, przechowują i przetwarzają dane przy użyciu bitów kwantowych, czyli kubitów. Te z kolei można nie tylko włączać i wyłączać, ale mogą być one również w stanie przejściowym, a nawet równocześnie być włączone i wyłączone. Kontynuując porównanie do żarówki, kubit jest jak lampa, którą wyłączyliśmy, a mimo to nadal świeci. Albo jak kot Schrödingera, którego uważa się za zarówno żywego, jak i zmarłego.
Żarówki w komputerze kwantowym są zarówno włączone, jak i wyłączone, co pozwala oszczędzać ogromną ilość czasu. Z tego względu taki komputer może znacznie szybciej rozwiązywać skomplikowane problemy niż nawet najmocniejsze tradycyjne urządzenie. Firma Google twierdzi, że jej maszyna kwantowa, Sycamore, dokonała obliczeń w nieco więcej niż 3 minuty, a zwykłemu superkomputerowi zajęłoby to 10 000 lat. Dlatego powstało określenie „supremacja”.
Komputery kwantowe w prawdziwym życiu
Założyliśmy, że komputery kwantowe dość szybko rozwiązują skomplikowane problemy. Dlaczego więc era tranzystora nie odchodzi do lamusa? Bo technologia kwantowa nadal jest jeszcze zbyt młoda, a stan „migającej żarówki” jest mocno niestabilny — nie wspominając o tym, że im więcej kubitów zawiera system, tym trudniej jest utrzymać stabilność. Tymczasem możliwość wykonania skomplikowanych obliczeń zależy, między innymi, od liczby kubitów: w przypadku dwóch żarówek nawet najlepszej klasy nie można stworzyć obrazu.
Są też inne powody, dla których komputery kwantowe nie mogą całkowicie wyprzeć swoich poprzedników. Jednym z nich jest chociażby fakt, że przetwarzają one informacje w zupełnie inny sposób. Oznacza to, że przeznaczone dla nich oprogramowanie musi powstać od nowa. Na komputerze kwantowym nie można zainstalować systemu Windows; potrzebny jest całkowicie nowy kwantowy system operacyjny i aplikacje kwantowe.
Chociaż naukowcy i giganci IT pracują nad zagadnieniem kwantowości, na tę chwilę komputery kwantowe działają jak dyski zewnętrzne podłączone do zwykłych komputerów i sterowane z ich poziomu. Do tej pory rozwiązywały one wąski zakres problemów, na przykład zajmowały się modelowaniem atomu wodoru lub wyszukiwały bazy danych. Mimo ich potęgi komputerów kwantowych nie mogą nam pomóc w oglądaniu filmów online.
Niemniej jednak według wielu osób przyszłość należy do obliczeń kwantowych. Pierwsze komputery kwantowe pojawiły się na rynku w 1999 roku. Dziś duże organizacje, takie jak Google, Honeywell, IBM (która oferuje już klientom dostęp w chmurze do swojego komputera kwantowego), Toshiba, Alibaba czy Baidu również mocno inwestują w tym obszarze.
Warto tu jednak przypomnieć, że zadanie, jakie rozwiązało Google, nie ma praktycznego zastosowania, poza zaprezentowaniem możliwości obliczeń kwantowych. Wykonane zadanie było naprawdę bardzo skomplikowane i niekoniecznie przydatne dla zwykłego użytkownika. Jeśli jednak chcecie poznać szczegóły, zajrzyjcie do raportu firmy Google.
Nawiasem mówiąc, nie każdy zgadza się ze stwierdzeniem tej firmy odnośnie 10 000 lat. Na przykład firma IBM jest przekonana, że superkomputer mógłby rozwiązać to samo zadanie, jeśli nie w 3 minuty, to na pewno przed upływem 48 godzin. Pomijając te szacunki, nawet osoby nie mające większego pojęcia o matematyce dostrzegą zauważalną różnicę w szybkości pomiędzy komputerami kwantowymi a tradycyjnymi.
Komputery kwantowe nie stanowią (jeszcze) zagrożenia
Jak widać, komputery kwantowe stanowią jeszcze pewnego rodzaju zabawkę dla badaczy i nie można jeszcze ich uznać za urządzenia dla zwykłych konsumentów ani za narzędzia dla hakerów. Oczywiście nie oznacza to, że za jakiś czas nie wejdą do użytku praktycznego (i nie staną się dla nas zagrożeniem). Z tego względu eksperci zajmujący się bezpieczeństwem danych już opracowują plan bitew. Ale o tym opowiemy następnym razem.
Porady