Revoluční kvantové počítače vyřeší neřešitelné, ale jsou výzvou pro kyberbezpečnost

Výpočetní technika se už dlouho vyvíjí podle takzvaného Moorova zákona, který mluví o exponenciálním růstu výpočetního výkonu. Ten ale nebude platit donekonečna. Další, mnohem dramatičtější nárůst pak mají přinést kvantové počítače. Ty v budoucnu dovedou řešit dnes neřešitelné problémy. Jak?

Nové, efektivnější baterie, léky na neléčitelné nemoci nebo možná i vyřešení globálních změn klimatu. Odpovědi na takto komplexní otázky si odborníci slibují od takzvaných kvantových počítačů neboli výpočetní techniky nové generace založené na principech kvantové fyziky. O tom, jaké přínosy kvantové počítače mohou mít, ale jakou výzvu zároveň představují, hovořil v nedávném O₂ CyberCastu ředitel mobilních produktů a inovací O₂ Roman Bacík.

Kvantové počítače představují revoluci ve způsobu, jakým počítače provádějí výpočty a jak se vypořádávají s mimořádně komplikovanými úlohami. Na rozdíl od počítačů, které používáme každý den a které fungují v binárním systému, kvantové počítače fungují na základě kvantových bitů neboli qubitů. Pro zpracování dat kvantový počítač využívá fyzikálních jevů z kvantové fyziky – interferenci, kvantovou superpozici anebo např. kvantové provázání. Ukazuje se, že kvantové počítače umožňují efektivnější řešení některých problémů, které jsou pro konvenční počítače nesmírně náročné. 

„Zatímco standardní počítač pracuje s bity, které mohou nabývat buď hodnoty jedna, nebo hodnoty nula, kvantový počítač pracuje s možnou jedničkou, možnou nulou, ale také se všemi stavy mezi nimi,“ popisuje Roman Bacík zjednodušeně základní princip. Tento princip usnadňuje kvantovým počítačům provádět paralelní výpočty a zvládnout některé výpočetní výkony zásadně efektivněji. 

Konec čekání na výsledky? 

Právě proto bude mít kvantové počítání mnoho dopadů (nejen) na komerční prostředí. Pomůže totiž vyřešit úlohy, které dnes nejsou realisticky řešitelné. „Kvantové počítače se uplatní především v oblastech výpočtů, kde je potřeba zkoušet obrovské množství variant a kde nás tedy vlastně současné počítače v podstatě brzdí,“ říká Roman Bacík. Podle něj i dalších odborníků se tak kvantové počítání uplatní třeba v oblastech materiálového inženýrství, vývoje léků, v chemickém průmyslu a dalších odvětvích, která dnes vlastně stále jen „čekají“ na výsledky výpočtů. 

Díky principu takzvané kvantové provázanosti by pak kvantové počítání mohlo proměnit i samotné odvětví telekomunikací. „Kvantová provázanost umožňuje, zjednodušeně řečeno, informace neposílat, ale teleportovat. Objeví se jednoduše na druhé straně bez časové prodlevy,“ říká Bacík. 

Potenciální hrozba pro kyberbezpečnost 

Síla a schopnosti kvantových počítačů ale zároveň přináší i potenciální hrozby. Jeden příklad za všechny: „Současné běžné šifrovací algoritmy, jejichž prolomení může dnešním počítačům trvat i miliony let, dovedou nejspíš kvantové počítače prolomit v řádu dní či hodin,“ naznačuje Roman Bacík.

Na úrovni Evropské unie vzniká evropská kvantová komunikační síť.

Ta bude navazovat na běžné telekomunikační a datové sítě a jejím úkolem bude přenášet informace tak, aby byly odolné i proti dešifrovacím možnostem kvantových počítačů. Proto už nyní EU řeší nákup kvantových počítačů a vybudování kvantové komunikační sítě řadí mezi priority. Komunikace by měla probíhat pomocí optické sítě a satelitů, kdy každá země EU bude mít svou vlastní síť. Příjem žádostí na poskytnutí dotací pro vytvoření a provoz kvantové sítě v ČR spustil i NÚKIB.

Jako příklad můžeme uvést Shorův algoritmus, který je teoreticky schopný rozluštit jednosměrné funkce používané v asymetrické kryptografii. Jednoduše řečeno, kvantové počítače používají zmíněné qubity k vytvoření mnoha možných řešení najednou a potom se zeptají, které je nejpravděpodobnější.

Ačkoli to může znít jako science fiction, tyto metody skutečně fungují, i když zatím jen na velmi malých číslech (největší číslo rozložené kvantovými metodami je 143, zatímco současné bezpečnostní standardy používají mnohem větší čísla).  

Tím kvantové počítače představují potenciální hrozbu pro zabezpečení digitálního obsahu či komunikace, protože mohou měnit základní pravidla, na kterých je tato bezpečnost postavená. Pokud by se technologie dále zlepšila, mohla by prolomit šifrování, které dnes považujeme za bezpečné.  

Dočasnou útěchou nám může být fakt, že s takovými věcmi si dnes mohou „hrát“ jen subjekty, které nemají nouzi o finance. Tedy obří firmy jako Google, IBM nebo vědci z různých koutů světa.

Za bezpečnější svět. Podívejte se, jak nejzajímavější kyberbezpečnostní startupy lákají uživatele i investory.

Za bezpečnější svět. Podívejte se, jak nejzajímavější kyberbezpečnostní startupy lákají uživatele i investory.

Zobrazit článek

Na tuto schopnost kvantových počítačů je tedy potřeba se připravit. „Zabývá se tím disciplína takzvané postkvantové kryptografie a naší výhodou v současnosti je, že se na éru kvantového počítání můžeme z hlediska kyberbezpečnosti připravit dopředu,“ říká Bacík.

Jak budou konkrétní principy zabezpečení vypadat, zatím není zcela jasné. Některá dnes navrhovaná řešení sice například odolávají kvantovým počítačům, ale jsou zase snadno prolomitelná počítači klasickými. To mimochodem ukazuje, jak jiné tyto technologie jsou a že budou nejspíš dlouho existovat vedle sebe – i s tím je pak z hlediska kyberbezpečnosti potřeba počítat.

Co si z článku odnést?

• Kvantové počítače mohou přinést revoluci v řešení náročných problémů, jako je vývoj nových léků, efektivních baterií nebo materiálového inženýrství.
• Díky využití kvantových bitů (qubitů) mohou kvantové počítače provádět paralelní výpočty a zvládnout některé druhy výpočtů s mimořádně velkou efektivitou.
• Kvantové počítače svým obrovským výkonem ale představují potenciální hrozbu pro současné šifrovací algoritmy, které by mohly prolomit.
• Příprava na éru kvantového počítání, zejména v oblasti kyberbezpečnosti, je klíčová a je potřeba se na tuto novou éru připravit dopředu.

Barbora Nováková
Marketingový specialista pro B2B