IBM vil fremskynde kvantesikker kryptering

Etter flere tiår med nesten mytisk snakk om rare kvantedatamaskiner, har det blitt tatt en rekke gigantiske skritt de siste årene. Kvantemaskiner er ikke lenger noe vi bare snakker om eller kan overlate til de teoretiske fysikerne. De eksisterer, og i dag, med noen få klikk på en skjerm, kan du koble deg til blant annet en av IBMs omtrent 20 kvantedatamaskin .

Samtidig står teknologiselskaper som Google, Microsoft, Intel, Honeywell og IBM nesten i kø for å presentere nye og enda større kvantedatamaskiner.

– Vi er fortsatt på et veldig tidlig stadium, men utviklingen akselererer virkelig. Hos IBM fikk vi den første datamaskinen online for åpen bruk i 2016, og siden den gang har volumet doblet seg hvert år, sier Jan Lillelund, CTO i IBM i Danmark.

– Hvis denne utviklingen fortsetter, vil vi se på såkalte kvantefordeler i løpet av fem år, noe som betyr at på kvantedatamaskiner kan vi fullføre visse oppgaver raskere enn på våre raskeste superdatamaskiner, sier han.

Med en kvantedatamaskin med 53 kvantebiter, gjennomførte Google i fjor en beregning som på verdens største superdatamaskin anslås å ta 10 000 år.

Det var en teknisk kvanteberegning som ikke i seg selv har særlig praktisk relevans, men det er første gang en kvantedatamaskin utfører en beregning som ikke er praktisk mulig på en konvensjonell superdatamaskin.

Ikke bare qubits som gir utslag

Nettopp utviklingshastigheten er avgjørende, og her blir Moores lov – at antall transistorer i en integrert krets dobles med 18 måneders intervaller – gradvis presset til det ytterste.

– I moderne prosessorer er det allerede milliarder transistorer, og for å doble datakraften må vi også doble antallet transistorer, og det er enormt vanskelig fordi vi ikke kan endre lyshastigheten, og da blir brikken vanskelig å designe og produsere. Hvis vi vil doble volumet på en kvantedatamaskin, så krever det bare en qubit mer, sier Jan Lillelund.

Qubit, det vil si kvantebit, har i mange år vært det helt dominerende nøkkelordet i kvantedatamaskiner. Tallet bestemmer beregningskraften. Men utviklingen hos IBM peker faktisk i en litt annen retning.

Senest i august presenterte selskapet sin hittil kraftigste kvantedatamaskin. Den har 27 qubit, noe som er færre enn maskinen med 53 qubit, som ble presentert i 2019. Men en rekke programvareoptimaliseringer, inkludert for støy og feil, betyr at IBM ikke lenger anser antall qubit som avgjørende for det totale volumet og datakraften.

– Qubit er litt som å snakke om hvor mange GHz en datamaskin kjører på. Det er viktig, men ikke den eneste parameteren. Den siste doblingen av datakraften i våre kvantecomputere har skjedd helt uten endringer i maskinvare, delvis fordi vi har blitt flinkere til å håndtere støy med programvare, sier Jan Lillelund.

Kan stole på primtall

Det er få teknologiske fremskritt som bare fører til fremgang. Kvanteteknologi har også sine ulemper:

– Vi er ikke der ennå, men det er et potensial for at kvantedatamaskiner kan ødelegge eller svekke mange av de eksisterende kryptografiske algoritmene. Med den nåværende utviklingen, vil det ta oss et tiår eller to før vi i praksis kan bryte mange av de vanligste krypteringsalgoritmene, sier Jan Lillelund.

Selv om dette kan høres ut som en lang tidshorisont: Tenk på de mange typene data du vil holde private, for eksempel helsedata. De blir ikke mindre private med tiden.

Frykten for at kvantedatamaskiner kan bryte de mest utbredte krypteringsalgoritmene, er langt fra ny, men tidshorisonten har begynt å avta for alvor, ettersom det er mulig for selskaper og forskere å kjøre kvanteprogramvare på kommersielle vilkår.

Det er spesielt såkalt RSA-kryptering og kryptering med elliptiske kurver som ser ut til å bli brutt med kvantedatamaskiner.

RSA-kryptering er basert på det faktum at det er enkelt å multiplisere to store primtall sammen, men det er ekstremt vanskelig med vanlige datamaskiner å finne de to primfaktorene til et sammensatt tall, hvis primfaktorene består av noen få hundre eller tusen bits. I 1995 fant den amerikanske matematikeren Peter Shor en slik kvantealgoritme, som gjorde det mulig å faktorisere tall som var produktet av to primtall. Imidlertid kan ikke den algoritmen kjøres i dag, selv på en superdatamaskin – det vil ta millioner av år.

Hvis du derimot har en kvantedatamaskiner med noen få hundre kvantebiter tilgjengelig, kan du raskt finne svaret ved hjelp av Shors algoritme – og da brytes låsen opp til store deler av dataene vi har lagret i skyen.

Kvantesikker kryptering er mulig

Før du begynner å trykke på «delete» i databasen, eller i panikk begynner å slette bibliotekene dine i skyen, understreker Jan Lillelund at vi allerede har mange verktøy tilgjengelig som kan sikre dataene våre mot fremtidige kvantekriminelle:

– Det er viktig at vi skiller mellom kvantekryptering og deretter kvantesikker kryptering. Vi trenger ikke å vente på kvantealgoritmer som krever kvantedatamaskiner for å sikre fremtiden for dataene våre. Vi må allerede begynne å kvantifisere kryptering av dataene våre med konvensjonelle datamaskiner og algoritmer, sier Jan Lillelund.

Denne artikkelen ble først publisert på Ingeniøren for deres abonnenter. Den er tilgjengelig på norsk for abonnenter av Ekstra gjennom vår samarbeidsavtale.