Cum ai putea întrece în istețime un computer care ar putea eclipsa în curând orice am construit noi vreodată? Aceasta este provocarea cu care se confruntă cercetătorii care lucrează la consolidarea apărării noastre în fața viitoarei ere a tehnicii de calcul cuantice.
Computerele cuantice promit un salt uriaș în puterea de calcul, dar vor aduce și riscuri. Capacitățile lor de spargere a codurilor ar putea permite guvernelor sau infractorilor să intercepteze comunicațiile online și să fure date sensibile. Amenințarea nu este una îndepărtată.
Potrivit profesorului Marcos Curty, expert de renume în comunicații cuantice și criptografie, există o probabilitate rezonabilă ca primele astfel de computere să devină funcționale în următorii 10 până la 15 ani. Trebuie să începem să ne pregătim de pe acum.
„Dorim să ne asigurăm că vom putea continua să trimitem mesaje în deplină siguranță fără ca cineva să poată accesa aceste informații, nici acum, nici în viitorul apropiat”, spune acesta.
Pregătiri pentru mâine
Curty este profesor de inginerie a comunicațiilor la Universitatea din Vigo, în Spania, și directorul științific al Centrului de Comunicații Cuantice din Vigo (VQCC).
Finanțat parțial de UE, VQCC și-a început oficial activitatea în ianuarie 2022. Este un nod-cheie în cadrul Infrastructurii europene de comunicații cuantice – efortul emblematic al UE de a construi o infrastructură securizată de comunicații cuantice în întreaga Europă.
Scopul este de a transforma Vigo într-un centru internațional pentru comunicații cuantice sigure. În conformitate cu această ambiție, Curty coordonează o rețea de formare finanțată de UE și denumită Quantum-Safe Internet (QSI), care își propune să dezvolte o criptografie rezistentă la tehnicile cuantice și tehnologii de distribuție cuantică a cheilor.
Reunind cercetători din cinci țări ale UE, dar și din Canada, Japonia, Elveția, Regatul Unit și SUA, rețeaua își propune să instruiască tineri criptografi pentru provocările unei lumi a tehnologiei cuantice de calcul.
Ceasul ticăie
Deși mai avem încă nişte ani până la computerele cuantice, riscurile sunt deja aici.
„Una dintre cele mai mari preocupări ale noastre în materie de criptografie este conceptul «stochează acum, decriptează mai târziu»”, spune Silvia Ritsch, doctorandă la Universitatea Tehnologică din Eindhoven, în Țările de Jos. „Cineva ar putea să vă stocheze comunicațiile criptate astăzi și să aștepte până când va avea instrumentele necesare pentru a le accesa, în viitor.”
Ideea este simplă, dar totuși serioasă.
Terții pot intercepta și stoca datele criptate acum și pot aștepta până când instrumente de decriptare mai puternice, cum ar fi computerele cuantice, vor fi disponibile în viitor. Odată ce vor avea aceste instrumente, pot reveni și decripta datele stocate, care ar putea fi încă sensibile sau valoroase.
Aici intervin criptografii. Aceștia studiază, concep și testează noi metode de protejare a datelor.
Rolul lor va căpăta o importanță sporită în contextul tehnicii de calcul cuantice.
Potrivit lui Curty, modernizarea infrastructurii digitale care protejează comunicațiile ar putea dura cinci până la șapte ani, ceea ce face ca pregătirea timpurie și îmbunătățirile în materie de criptografie să fie esențiale.
Instrumente în evoluție pentru tehnologie în evoluție
Codurile nu sunt o noutate.
Iulius Cezar a folosit un cifru simplu bazat pe alfabet pentru a ascunde informații militare.
Cu timpul, aceste sisteme simple au evoluat în metodele criptografice complexe pe care ne bazăm astăzi, protejând totul, de la plățile online până la fișele medicale personale.
„Protejarea secretelor companiilor împotriva spionajului digital străin va deveni și mai relevantă în viitor”, spune Curty. „Iar preocupările legate de confidențialitatea personală au devenit tot mai proeminente, mai ales în urma recentelor dezvăluiri ale avertizorilor de integritate despre supravegherea în masă.”
Sistemele de criptare actuale se bazează pe puzzle-uri matematice care sunt ușor de rezolvat cu o cheie privată, dar extrem de dificil fără o astfel de cheie.
Aceste puzzle-uri formează coloana vertebrală a comunicațiilor online securizate. Însă, pe măsură ce capacitățile de calcul cuantic se dezvoltă, acestea ar putea deveni mai ușor de spart.
Există două soluții posibile: criptografia cuantică, bazată pe mecanica cuantică, și criptografia post-cuantică, care se bazează pe algoritmi matematici avansați.
Puzzle-ul cuantic
Un alt membru al echipei QSI este Alex Grilo, un cercetător cu experiență în criptografie de la Centrul Național Francez pentru Cercetare Științifică din cadrul Universității Sorbona din Paris, în Franța. Acesta este specializat în conceperea de protocoale de criptare cuantică cu cheie publică și de partajare a secretelor și avertizează asupra pericolelor potențiale.
„Dacă o parte rău intenționată sparge criptografia noastră actuală folosind un computer cuantic, toate informațiile noastre private devin brusc vulnerabile”, spune el.
Aceasta este vestea proastă. Vestea bună este că tehnologia cuantică poate oferi și soluții la această problemă.
Criptografia cuantică folosește principiile mecanicii cuantice pentru a facilita o comunicare securizată. Unul dintre avantajele sistemelor cuantice este că informațiile nu pot fi măsurate sau copiate fără a fi modificate, ceea ce înseamnă că tentativele de interceptare sunt detectabile.
„Orice încercare a unui interceptor de a accesa informații codificate într-o stare cuantică va perturba inevitabil starea respectivă”, spune Curty.
Metoda folosește un șir de impulsuri luminoase care acționează ca un cod Morse avansat, ce nu poate fi interceptat fără a fi perturbat.
„Dacă încerci să copiezi o particulă cuantică, o vei perturba”, explică Alessandro Marcomini, doctorand la Universitatea din Vigo. Activitatea sa de cercetare se concentrează pe utilizarea sistemelor cuantice pentru partajarea în siguranță a cheilor criptografice, mai degrabă decât pe mesajul în sine.
Criptografia post-cuantică, pe de altă parte, nu se bazează pe fizica cuantică, ci dezvoltă noi algoritmi matematici concepuți pentru a fi dificil de rezolvat de către computerele cuantice. Acesta este domeniul în care Ritsch și-a concentrat cercetarea doctorală.
„Computerele cuantice funcționează foarte diferit de computerele clasice, astfel că este nevoie și să gândim diferit problemele”, spune ea. Aceasta implică conceperea unor probleme neliniare și schimbări de paradigmă care să pună în dificultate computerele cuantice.
Construirea unei apărări globale
Evident, aceasta este o problemă de interes global, iar schimburile și colaborarea la nivel internațional sunt esențiale pentru activitatea echipei QSI, nu doar în Europa, ci și în alte părți.
Ritsch a vizitat recent Universitatea din Amsterdam pentru a-și aprofunda expertiza în domeniul criptografiei. În 2024, Marcomini a petrecut trei luni la Universitatea din Toyama, în Japonia, unde a lucrat alături de experți japonezi în comunicații cuantice. Un alt schimb este planificat pentru 2025.
Atât Marcomini, cât și Grilo vor colabora cu parteneri japonezi pentru a-și prezenta activitatea la Expo 2025 din Osaka, în Japonia.
Prin discuții în japoneză și engleză, demonstrații interactive și jocuri pentru copii, aceștia își propun să crească gradul de conștientizare cu privire la amenințările cuantice și să prezinte mințile creative care lucrează pentru a le contracara.
Deși s-ar putea să mai dureze încă un deceniu până când computerele cuantice vor ajunge să fie utilizate pe scară largă, cursa pentru securizarea Internetului a început deja.
Articol scris de Anthony King
Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate prin programul Acțiunile Marie Skłodowska-Curie (MSCA). Opiniile persoanelor intervievate nu reflectă neapărat opiniile Comisiei Europene.
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.
Mai multe informații