Въпросът е дали Майорана 1 (Majorana 1)ще допринесе за напредъка в областта на квантовите компютри – или за специалистите по сигурността – за появата на достатъчно мощни компютри, които да разбият PKE.

Microsoft обяви първия в света квантов процесор, който използва топологични кюбити: Majorana 1, „проектиран да се мащабира до един милион кюбита на един чип“. Това е невероятно техническо постижение – но променя ли то графика за развитие на квантовите компютри?

Обещанието и заплахата на квантовите компютри

Потенциалната мощ на квантовите компютри е трудно да си представим, но те ще предизвикат революция в обществото и науката. Тя ще помогне за производството на нови лекарства, ще осигури по-продуктивно земеделие и ще разработи нови материали – потенциално ще реши много от настоящите неразрешими проблеми на човечеството.

Когато се комбинира с изкуствения интелект, всяка от технологиите ще помогне за усъвършенстването на другата. Така че в даден момент напредъкът в ИИ и квантовите изчисления ще става все по-добър и по-бърз – комбинацията ще се превърне в непрекъснат и ускоряващ се благотворен цикъл. Но преди голямото обещание на квантовите технологии ще дойде първата известна киберзаплаха: възможността за декриптиране на PKE, която прави изчислителната техника и интернет работещи.

Привлекателността на топологичните кюбити

Основната привлекателност на топологичните кюбити за разработването на квантови компютри е вероятността за повишена устойчивост на грешки, предизвикани от околната среда.

По-разпространеният подход за разработване на квантови компютри е да се използват свръхпроводящи или уловени йонни кюбити; но тези кюбити са силно чувствителни към шума на околната среда. Казано по-просто, такива кюбити могат лесно да загубят квантовото си състояние и да въведат грешки – процес, известен като декохерентност. Коригирането на тези грешки изисква добавянето на много повече кюбити за коригиране на грешки, за да се получи един работещ логически кюбит.

Топологичните кюбити се опитват да решат този проблем, като кодират информацията в топологията на физическата система, а не в състоянието на отделните частици. Теоретично това прави всеки кюбит много по-устойчив на грешки, което означава, че за създаването на квантов компютър с общо предназначение е необходим по-малък брой кюбити.

Majorana 1: технология

„Тази архитектура е „черният кон“, за който квантовата общност се е борила. Microsoft работи по нея от близо две десетилетия. Съобщението е един от най-големите квантови пробиви на десетилетието“, казва Ребека Краутхамер, съосновател и главен изпълнителен директор на QuSecure.

„Може би най-голямото предизвикателство при мащабирането на квантовите изчисления е да се направят кюбитите достатъчно стабилни, за да се извършват сложни изчисления с висока точност“, продължава тя. „Топологичният кюбит на Microsoft по своята същност свежда до минимум нестабилността, като помага да се проправи пътят за истински мащабируеми квантови компютри, които могат да се справят с реални предизвикателства.“

От техническа гледна точка Majorana 1 се дължи на изработването от Microsoft на устройства, които комбинират индиев арсенид (полупроводник) и алуминий (свръхпроводник), охладени до почти абсолютна нула и настроени с магнитни полета, които създават топологични свръхпроводящи нановлакна с нулеви режими на Majorana (MZM) в краищата на проводниците.

Това, разбира се, е само началото. Но Microsoft описва крайния резултат като „топопроводник“, транзистор за квантовата ера. Също така казва, че „предлага ясен път за поставяне на милион кюбита на един чип, който може да се побере в дланта на ръката“. Твърди, че вече разполага с пътна карта за ефективни квантови изчисления, устойчиви на грешки.

„Каквото и да правите в квантовото пространство, трябва да имате път към милион кюбита. В противен случай ще се сблъскате със стена, преди да достигнете мащаба, при който можете да решите наистина важните проблеми, които ни мотивират“, обяснява Четън Наяк, технически сътрудник и корпоративен вицепрезидент по квантовия хардуер в Microsoft.

„Последното съобщение на Microsoft бележи пробив в приближаването на реалността на квантов компютър с един милион кюбита повече от всякога“, коментира Карл Фрогет, главен информационен директор и директор по сигурността в Deep Instinct. „То ускорява сблъсъка между квантовите компютри и изкуствения интелект по начин, който ще наруши, ако не и напълно преобърне, традиционните компютри и киберсигурността.“

Джейсън Сороко, старши научен сътрудник в Sectigo, добавя: „Новата архитектура използва революционен материал, способен да произвежда топологични кюбити. Топопроводникът се използва за създаване и управление на частици Majorana, които на свой ред образуват високостабилни и мащабируеми кюбити.“

Иън Беверидж, старши мениджър продукти и решения в Entrust, е съгласен с него. „Съобщението на Microsoft представлява гръмко потвърждение от страна на индустриален гигант за това, което много организации вече са казвали: Квантовите изчисления идват и то по-скоро, отколкото хората си мислят.“

Това е огромно техническо постижение; но важният въпрос за специалистите по сигурността е дали то съкращава сроковете за създаване на значими квантови компютри, способни да декриптират PKE; т.е. криптоаналитично значим квантов компютър (CRQC).

Majorana 1: последици за киберсигурността и декриптирането

„Majorana 1 определено е голям пробив и осигурява още един алтернативен метод за изграждане на кюбити, като основните два са свръхпроводящите кюбити и кюбитите с уловени йони“, потвърждава Трой Нелсън, главен технически директор в Lastwall. „Ако се докаже, че топопроводникът, използван в Majorana 1, е икономически жизнеспособен и може да постигне икономии от мащаба, той може да съперничи на силициевия транзистор, който направи революция в познатите ни изчислителни технологии.“

Обърнете внимание на това „ако“. Това е голямо „ако“. Това съобщение за Majorana 1 е само една стъпка по сложния път към функциониращ квантов компютър. „Това е невероятно начало, но все още има път напред. Преминаването от доказателство за жизнеспособност към пълноценна търговска система не е никак малко – трябва да се докаже надеждност в голям мащаб. Корекцията на грешките ще бъде друг фактор; дори стабилните кюбити се нуждаят от резервно копие. И след това има практическа страна – изграждане на инфраструктурата, за да се осигури търговска готовност“, предупреждава Краутхамер.

Но добавя: „Ако Microsoft успее да демонстрира мащабируемост, ще може да ускори значително сроковете. По-слабо зашумен кюбит означава, че са необходими по-малко физически кюбити, за да се достигне до CRQC. Квантовият компютър, който може да разбива класическо криптиране, не е далечно „какво ще стане, ако“. Microsoft говори за търговски квантови машини след пет години, а този мащабируем дизайн на кюбита е стъпалото.“

Въпреки това Дънкан Джоунс, ръководител на отдела за киберсигурност в Quantinuum (фирма, занимаваща се с топологични кюбити), добавя: „Трудно е да се преценят сроковете, но напредъкът във всички модалности в момента е толкова бърз, че не бихте заложили на това времето до CRQC да се съкрати още повече през следващите години.“

Като цяло има огромни похвали за топологичната технология на Microsoft, но по-малко сигурност за това дали тя може да доближи квантовите изчисления. Главният изпълнителен директор и основател на Atom Computing, Бенджамин Блум, коментира: „Мисля, че това е огромен напредък в топологично-квантовите изчисления, само не знам дали това е свързано с напредък в квантовите изчисления или не. Само времето и повече демонстрации ще покажат това.“

Може би най-близкото мнение за това дали Majorana 1 приближава CRQC може да се намери в блога на Скот Ааронсън, професор по компютърни науки в Тексаския университет в Остин. „Ако твърдението на Microsoft е вярно, то тогава топологичните кюбити най-накрая са достигнали някакъв вид паритет с това, в което се намираха по-традиционните кюбити преди 20-30 години. Т.е. нетопологичните подходи като свръхпроводящите, уловените йони и неутралните атоми имат абсолютно огромна преднина“, пише той.

Той продължава: „Топологичните кюбити могат да спечелят, ако и само ако се окажат толкова по-надеждни, че прескочат по-ранните подходи – нещо като транзистора пред вакуумната тръба и електромеханичното реле. Дали това ще се случи, все още е отворен въпрос, меко казано.“

Majorana 1: какво означава това за миграцията към PQC

Microsoft вярва, че Majorana 1 може да доведе до създаването на прототип, устойчив на грешки, „след години, а не след десетилетия“. Неизразеният намек тук е „от 5 до 10“ години. Мнозина смятат, че това ще бъде по-близо до пет, отколкото до десет години. Странно, но това не прави миграцията към PQC по-спешна – тя вече е критична.

Фил Венейбълс, вицепрезидент в Google и CISO в Google Cloud, обяснява това в публикация в LinkedIn от 22 февруари. „Квантовите изчисления се развиват бързо. Иновациите на Google, Microsoft, IBM и други компании разширяват границите не само на броя на кюбитите, но и на тяхното качество. Ние сме на път да направим квантовите изчисления практически приложими за проблеми от реалния свят.“

Той предполага, че ако приемем, че квантовите технологии ще се появят в някакъв момент между 2032 и 2040 г., имаме седем години време за отдих (имайте предвид, че някои специалисти смятат, че квантовите технологии могат да се появят само след пет години).

„Ако трябва да бъдем песимисти (или оптимисти в зависимост от случая на употреба), имаме седем години, за да се справим с това [т.е. с миграцията към PQC]. Това е сравнително дълъг период от време, така че защо да се тревожим за това сега?“

Той продължи: „Миграцията ще отнеме време и ще бъде по-сложна, отколкото хората си мислят. Въпреки че 7-10 години звучат като дълъг период от време, в действителност обемът на необходимата работа може да означава, че вече сте закъснели.“

Марк Манзано, генерален мениджър по киберсигурност в SandboxAQ, обобщава: „С наближаването на „квантовата скала“ организациите трябва да идентифицират и защитят криптографските активи, преди мащабируемите квантови машини да разбият днешното криптиране. Прозорецът за миграция се свива и реактивният подход не е опция“, казва той. „Напредъкът на Microsoft е ясен сигнал: времето за действие е сега.“

Majorana 1 на Microsoft сама по себе си не увеличава спешността за миграция към PQC и криптографска гъвкавост, защото тази спешност вече е критична.