NSA si klade za cíl vybudovat kvantový počítač tak, aby „prolomil většinu typů šifrování“

V kovových skříňkách velikosti místnosti, které jsou zabezpečeny proti elektromagnetickým únikům, se Národní bezpečnostní agentura snaží stavět počítač, který by mohl rozbít téměř všechny druhy šifrování používané k ochraně bankovních, lékařských, obchodních a vládních záznamů po celém světě.Podle dokumentů poskytnutých bývalým dodavatelem NSA Edwardem Snowdenem je snaha o vybudování „kryptologicky použitelného kvantového počítače“ - stroje exponenciálně rychlejšího než klasické počítače - součástí výzkumného programu 79.7 milionů dolarů s názvem „Penetrating Hard Targets“. Velká část práce je hostována na základě utajovaných smluv na adrese a laboratoř v College Park, Md.

Vývoj kvantového počítače je již dlouho cílem mnoha vědců s revolučními důsledky pro oblasti, jako je medicína, stejně jako pro misi NSA, která prolomí kód. S takovou technologií by se narušily všechny současné formy šifrování veřejných klíčů, včetně těch, které se používají na mnoha zabezpečených webových stránkách, jakož i typ používaný k ochraně státních tajemství.

Fyzici a počítačoví vědci dlouho spekulovali o tom, zda je úsilí NSA pokročilejší než úsilí nejlepších civilních laboratoří. Přestože celý rozsah výzkumu agentury zůstává neznámý, dokumenty poskytnuté Snowdenem naznačují, že NSA není k úspěchu blíže než ostatní ve vědecké komunitě.

"Zdá se nepravděpodobné, že by NSA mohla být tak daleko před otevřeným světem, aniž by o tom někdo věděl," řekl Scott Aaronson, docent elektrotechniky a výpočetní techniky na Massachusetts Institute of Technology.

Zdá se, že NSA se považuje za běžící krk a krk s kvantovými výpočetními laboratořemi sponzorovanými Evropskou unií a švýcarskou vládou, se stabilním pokrokem, ale jen malou vyhlídkou na okamžitý průlom.

„Geografický rozsah se zúžil z globálního úsilí na diskrétní zaměření na Evropskou unii a Švýcarsko,“ uvádí jeden dokument NSA.

Seth Lloyd, profesor kvantové mechanické techniky na MIT, uvedl, že zaměření NSA není na místě. "EU a Švýcarsko dosáhly v posledním desetiletí významného pokroku a dočkaly se USA v oblasti kvantové výpočetní technologie," uvedl.

Národní bezpečnostní úřad odmítl komentovat tento článek.

Dokumenty však ukazují, že agentura provádí část svého výzkumu ve velkých stíněných místnostech známých jako Faradayovy klece, které jsou navrženy tak, aby zabránily vstupu nebo výstupu elektromagnetické energie. Podle jednoho stručného popisu se od nich vyžaduje, aby „udržovali choulostivé experimenty s kvantovým výpočtem“.

[Přečtěte si dokument popisující úrovně klasifikace související s kvantovým výpočtovým úsilím]

Základní princip, který je základem kvantového zpracování, je znám jako „kvantová superpozice“, myšlenka, že objekt současně existuje ve všech státech. Klasický počítač používá binární bity, které jsou buď nuly nebo ty. Kvantový počítač používá kvantové bity nebo qubity, které jsou současně nula a jedna.

Tato zdánlivá nemožnost je součástí tajemství, které leží v srdci kvantové teorie, o níž ani teoretičtí fyzikové tvrdí, že nikdo úplně nerozumí.

"Pokud si myslíte, že rozumíte kvantové mechanice, nerozumíte kvantové mechanice," řekl pozdní nositel Nobelovy ceny Richard Feynman, který je široce považován za průkopníka v kvantové práci na počítači.

Teoreticky to funguje takto: Zatímco klasický počítač, i když rychlý, musí provádět jeden výpočet najednou, kvantový počítač se někdy může vyhnout nutnosti provádět výpočty, které jsou pro řešení problému zbytečné. To mu umožňuje mnohem rychleji a efektivněji najít správnou odpověď.

Kvantovou povahu těchto počítačů je obtížné dosáhnout kvantového výpočtu. Teoreticky mohou stavební bloky takového počítače zahrnovat jednotlivé atomy, fotony nebo elektrony. Aby byla zachována kvantová povaha počítače, bude nutné tyto částice pečlivě izolovat od jejich vnějšího prostředí.

"Kvantové počítače jsou velmi choulostivé, takže pokud je nechcete chránit před jejich okolím, bude výpočet zbytečný," řekl Daniel Lidar, profesor elektrotechniky a ředitel Centra pro kvantovou informační vědu a technologii na University of Southern California.

Pracující kvantový počítač by otevřel dveře, aby se snadno rozbily nejsilnější šifrovací nástroje, které se dnes používají, včetně standardu známého jako RSA, který je pojmenován podle iniciál jeho tvůrců. RSA šifruje komunikaci, díky čemuž je nečitelná pro kohokoli kromě zamýšleného příjemce, aniž by vyžadovala použití sdíleného hesla. Běžně se používá ve webových prohlížečích k zabezpečení finančních transakcí a v zašifrovaných e-mailech. RSA je používán kvůli obtížnosti faktoringu součin dvou velkých prvočísel. Přerušení šifrování zahrnuje nalezení těchto dvou čísel. To nelze provést v rozumném množství času na klasickém počítači.

V 2009 byli počítačoví vědci používající klasické metody schopni objevte prvočísla v rámci 768-bitového čísla, ale zabralo to téměř dva roky a stovky počítačů. Vědci odhadli, že rozbití 1,000-bitového šifrovacího klíče, který se běžně používá pro online transakce, by trvalo 1,024 krát déle.

Velký kvantový počítač však mohl teoreticky zlomit 1,024-bitové šifrování mnohem rychleji. Některé přední internetové společnosti přecházejí na 2,048-bitové klíče, ale i ty jsou považovány za citlivé na rychlé dešifrování pomocí kvantového počítače.

Kvantové počítače mají mnoho aplikací pro dnešní vědeckou komunitu, včetně vytváření umělé inteligence. NSA se však obává důsledků pro národní bezpečnost.

„Použití kvantových technologií na šifrovací algoritmy hrozí, že dramaticky ovlivní schopnost vlády USA chránit své komunikace i odposlouchávat zprávy zahraničních vlád,“ uvádí interní dokument poskytovaný Snowdenem.

Odborníci si nejsou jisti, jak brzy bude kvantový počítač proveditelný. Před deseti lety někteří odborníci uvedli, že vývoj velkého kvantového počítače byl v budoucnu pravděpodobně 10 až 100. Před pěti lety Lloyd řekl, že cíl byl nejméně 10 let daleko.

V loňském roce Jeff Forshaw, profesor univerzity v Manchesteru, řekl britským deníkům Guardian: „Je pravděpodobně příliš brzy na spekulace o tom, kdy bude postaven první kvantový počítač v plném měřítku, ale nedávný pokrok naznačuje, že existuje každý důvod optimistický."

"Nemyslím si, že bychom měli mít typ kvantového počítače, který NSA chce, do pěti let, pokud by nedošlo k významnému průlomu, možná mnohem déle," řekl Lloyd v nedávném rozhovoru The Washington Post.

Některé společnosti však tvrdí, že již vyrábějí malé kvantové počítače. Kanadská firma, D-Wave Systems , říká, že vyrábí kvantové počítače od 2009. V 2012, podle zpráv, prodal verzi $ 10 milionů společnosti Google, NASA a Universities Space Research Association.

Tento kvantový počítač by však nikdy nebyl užitečný pro porušení šifrování veřejných klíčů, jako je RSA.

"I když je vše, co tvrdí, správné, ten počítač se svým designem nemůže spustit." Shorův algoritmus“, Řekl Matthew Green, profesor výzkumu Univerzity Johns Hopkins University Information Security Institute, s odkazem na algoritmus, který lze použít k přerušení šifrování, jako je RSA.

Odborníci se domnívají, že jednou z největších překážek prolomení šifrování kvantovým počítačem je budování počítače s dostatečným množstvím qubits, což je vzhledem k velmi křehkému stavu kvantových počítačů obtížné. Do konce září NSA očekávala, že bude moci mít některé stavební bloky, které popsal v dokumentu jako „dynamické oddělení a úplné kvantové řízení na dvou polovodičových qubitech“.

"Je to skvělý krok, ale je to docela malý krok na cestě k vybudování velkého měřítka kvantového počítače," řekl Lloyd.

Kvantový počítač schopný rozbít kryptografii by potřeboval stovky nebo tisíce víc qubits než to.

Rozpočet pro Národní zpravodajský program, běžně označovaný jako „černý rozpočet“, podrobně popisuje projekt „Penetrace pevných cílů“ a poznamenal, že tento krok „umožní počáteční škálování směrem k velkým systémům v souvisejícím a následném úsilí“.

Jiný projekt s názvem „Vlastnění sítě“ využívá kvantový výzkum k podpoře vytváření kvantově založených útoků na šifrování, jako je RSA, ukazují dokumenty.

"Ironií kvantového počítání je to, že pokud si dokážete představit někoho, kdo by stavěl kvantový počítač, který dokáže rozbít šifrování o několik desetiletí do budoucna, pak si musíte hned dělat starosti," řekl Lidar.

Copyright: Washington Post

Sdílet tento článek: