Nedavno poslani email vjerojatno je bio zaštićen pomoću etablirane metode šifriranja koja se oslanja na činjenicu da čak i najbrže računalo ne bi moglo jednostavno faktorizirati vrlo velike brojeve.
Međutim, kvantna računala otvaraju novu dimenziju u računalstvu, obećavajući brzo razbijanje složenih kriptografskih sustava, za što bi klasičnim računalima trebali milijuni godina. Ova nova mogućnost temelji se na kvantnom algoritmu za faktorizaciju koji je prvi predložio Peter Shor 1994. godine. Njegov rad, iako revolucionaran, do danas nije u potpunosti realiziran zbog tehničkih izazova u izgradnji dovoljno moćnih kvantnih računala.
Istraživanja na polju kvantne računalne znanosti intenzivno se nastavljaju, a znanstvenici diljem svijeta rade na unapređenju Shorovog algoritma kako bi ga prilagodili za rad na manjim i trenutačno dostupnim kvantnim računalima. Tako je računalni znanstvenik Oded Regev sa Sveučilišta u New Yorku prošle godine predložio značajno teorijsko poboljšanje Shorovog algoritma, koje smanjuje potreban broj kvantnih vrata, ali povećava zahtjeve za memorijom.
MIT-ovi istraživači su na temelju Regevovih rezultata predložili novi algoritam koji kombinira prednosti brzine Regevovog pristupa i memorijske učinkovitosti Shorovog algoritma. Ovaj novi algoritam je ne samo brz, već također zahtijeva manje kvantnih građevnih blokova (kubita) i ima veću otpornost na kvantnu buku, što ga čini mnogo izvedivijim za implementaciju u stvarnim uvjetima.
Napredak u kvantnom računalstvu
Kvantna računala razlikuju se od klasičnih po svojoj sposobnosti da koriste kvantne bitove, ili kubite, koji mogu biti u više stanja istovremeno. Ovo omogućava kvantnim računalima da paralelno obrađuju ogromne količine podataka, čime se znatno ubrzava rješavanje složenih matematičkih problema.
Ipak, izgradnja velikih kvantnih računala koja bi mogla pokretati algoritme poput Shorovog i dalje ostaje velik izazov. Trenutno najnaprednija kvantna računala imaju oko 1.100 kubita, što je daleko ispod potrebnih 20 milijuna kubita za pokretanje Shorovog algoritma na brojevima relevantnim za modernu kriptografiju.
Regevov algoritam predstavlja značajan iskorak jer smanjuje broj potrebnih kvantnih vrata, no problem ostaje povećana potreba za memorijom. Kubiti, koji su temeljni element kvantnih računala, skloni su dezintegraciji s vremenom, što znači da se mora optimizirati njihova upotreba kako bi se postigla maksimalna učinkovitost.
Nove metode i izazovi
Istraživači s MIT-a uspjeli su razviti metodu koja koristi Fibonacci brojeve za izračunavanje eksponenata, što značajno smanjuje potrebu za kvadriranjem brojeva. Ova metoda zahtijeva samo dvije kvantne memorijske jedinice, čime se smanjuje potreba za velikim brojem kubita i omogućuje izvođenje složenih operacija s manjom količinom kvantne memorije.
Ovaj pristup podsjeća na igru ping-ponga, gdje se početna vrijednost brojke prenosi između dva kvantna registra, množeći se pri svakom koraku. Također, MIT-ov tim razvio je tehnike za ispravljanje pogrešaka u kvantnim operacijama, što je ključno za pouzdanu primjenu ovih algoritama u stvarnim kvantnim računalima.
Perspektive kvantne kriptografije
Iako je rad MIT-ovih istraživača značajan korak naprijed, još uvijek postoje brojni izazovi prije nego što će kvantna računala moći ugroziti postojeće kriptografske sustave poput RSA. Trenutačne procjene sugeriraju da bi poboljšanja trebala biti primjenjiva na brojeve znatno veće od 2.048 bitova, što postavlja pitanje hoće li ova nova metoda biti dovoljno učinkovita za moderne standarde šifriranja.
Unatoč tomu, razvoj novih algoritama i tehnika za optimizaciju kvantnih računalnih operacija postavlja temelje za budućnost u kojoj će kvantna kriptografija igrati ključnu ulogu u zaštiti digitalnih komunikacija. Istraživači vjeruju da će daljnja poboljšanja u kombinaciji s tehnološkim napretkom omogućiti praktičnu primjenu kvantnih računala u kriptografiji unutar narednih desetljeća.
MIT-ov tim namjerava nastaviti istraživanja s ciljem dodatne optimizacije algoritma, s nadom da će ga jednog dana moći testirati na stvarnim kvantnim računalima. Konačni cilj je razviti sustave šifriranja otporne na buduće kvantne prijetnje, čime bi se osigurala dugoročna sigurnost digitalnih podataka.
