Quantumcomputer met 20 miljoen Qubits kan 2048-bits versleuteling binnen 8 uur breken

• Onderzoekers ontwikkelen een nieuw kwantumalgoritme dat minder middelen gebruikt om codebrekende berekeningen uit te voeren.
• Een kwantumcomputer van 20 miljoen qubit die op dit algoritme draait, zou slechts 8 uur nodig hebben om de 2048-bits RSA-encryptie te kraken.

Het is zeker dat kwantumcomputers in staat zullen zijn om bestaande coderingscodes te kraken die worden gebruikt om geheime berichten te verzenden. Deze encryptietechnieken zijn nooit volledig betrouwbaar geweest. In plaats daarvan zijn ze afhankelijk van complexe wiskundige functies die maar in één richting werken, waardoor het gemakkelijk is om informatie te coderen.

De beveiliging van dergelijke technieken is gebaseerd op de tijd die een klassieke computer nodig heeft om de informatie te ontsleutelen. Moderne versleutelingstechnieken zijn bijna onbreekbaar, aangezien het duizenden jaren zou duren voordat de computers van vandaag hun code zouden ontsleutelen.

Kwantumcomputers zouden deze code echter gemakkelijk kunnen breken, en deze machines komen dichter bij de realiteit dan verwacht.

Onlangs kwamen onderzoekers van Google en KTH Royal Institute of Technology in Zweden met een efficiëntere techniek die kwantumcomputers kunnen gebruiken om geheime berichten te ontcijferen. Het zou kwantumcomputers in staat stellen minder bronnen te gebruiken om codebrekende berekeningen uit te voeren.

Kwantumcomputers worden krachtiger

In 1994 ontwikkelde de Amerikaanse wiskundige Peter Shor een kwantumalgoritme om grote getallen exponentieel sneller te ontbinden dan de beste bestaande algoritmen op een klassieke computer. Hij suggereerde dat een voldoende krachtige kwantummachine met gemak moderne encryptietechnieken zou kunnen doorbreken.

De afgelopen tien jaar is er veel vooruitgang geboekt op het gebied van kwantumcomputers. In 2012 konden wetenschappers een kwantumcomputer van 4 qubits gebruiken om '143' te factoriseren. Twee jaar later gebruikten ze een vergelijkbare machine om '56153' te factoriseren.

Gezien de snelheid van vooruitgang, zullen kwantumcomputers binnenkort beter kunnen presteren dan de huidige computers. Tenminste, dat hadden wetenschappers een paar jaar geleden verwacht.

Het blijkt dat het ontbinden van grote getallen in kwantummachines veel moeilijker is dan verwacht. Dit komt door de aanzienlijke ruis in grote kwantumcomputers. Het probleem kan worden aangepakt door foutcorrigerende codes te gebruiken, die zelf extra qubits vereisen.

Referentie:arXiv:1905.09749 | MIT Technology Review

Rekening houdend met deze ruisfactor, zou een kwantumcomputer een miljard qubits nodig hebben om 2048-bits getallen te factoriseren (of om 2048-bits RSA-codering te decoderen). De universele kwantumcomputers van tegenwoordig hebben echter slechts 70 qubits.

Modulaire machtsverheffing

Het nieuwe algoritme stelt kwantumcomputers in staat om deze berekeningen te doen met slechts 20 miljoen qubits. Onderzoekers hebben zelfs aangetoond dat een kwantumapparaat dat op dit nieuwe algoritme draait, slechts 8 uur nodig heeft om de 2.048-bits RSA-codering te kraken.

Hun methode voert modulaire machtsverheffing — een soort machtsverheffing uitgevoerd over een modulus — op een efficiënte manier uit. Deze wiskundige bewerking is rekenkundig duur in het algoritme van Shor.

Onderzoekers hebben verschillende manieren gevonden om deze bewerking te optimaliseren, waardoor de resources die nodig zijn om het algoritme uit te voeren drastisch zijn afgenomen.

Lezen:5 kwantumprocessors met een nieuw computerparadigma

Hoewel een kwantumcomputer met 20 miljoen qubit in de nabije toekomst niet haalbaar is, moeten beveiligingsexperts een nieuwe vorm van codering bedenken die zelfs een krachtige kwantumcomputer niet kan te kraken.