تحقیق جدید: کامپیوترهای کوانتومی شاید رمزنگاری بانک‌ها را فقط در ۳ روز بشکنند

پژوهش جدیدی نشان می‌دهد کامپیوتر‌های کوانتومی شاید در آینده بتوانند استاندارد رمزنگاری RSA-2048 را که برای محافظت از ارتباطات اینترنتی و تراکنش‌های بانکی استفاده می‌شود، در حدود 3 روز بشکنند. پژوهشگران شرکت کوانتومی Alice & Bob برآورد کرده‌اند که این کار با استفاده از 22 هزار و 593 کیوبیت ابررسانای موسوم به کیوبیت گربه‌ای (Cat Qubit) امکان‌پذیر است؛ هرچند چنین کامپیوتری هنوز ساخته نشده است. استاندارد RSA-2048 یکی از روش‌های رمزنگاری کلید عمومی است که امنیت آن به دشواری تجزیه حاصل‌ضرب دو عدد اول بسیار بزرگ وابسته است. این حاصل‌ضرب عددی با حداکثر 617 رقم اعشاری ایجاد می‌کند و شکستن رمزنگاری آن بسیار سخت است. بااین‌حال، پیشرفت رایانش کوانتومی می‌تواند این سازوکار امنیتی را در معرض تهدید قرار دهد. پژوهشگران در مطالعه جدید منابع محاسباتی موردنیاز برای اجرای الگوریتم شور (Shor) را با استفاده از کیوبیت‌های گربه‌ای بررسی کرده‌اند. الگوریتم شور که «پیتر شور»، ریاضی‌دان، در سال 1994 طراحی کرد، الگوریتمی کوانتومی برای تجزیه اعداد بزرگ است که می‌تواند این فرایند را به‌صورت نمایی سریع‌تر کند. چنین قابلیتی آن را به تهدیدی بالقوه برای استانداردهای رمزنگاری مبتنی بر دشواری تجزیهٔ اعداد تبدیل می‌کند. شکستن رمزنگاری بانک‌ها با کامپیوترهای کوانتومی کیوبیت‌های گربه‌ای جایگزینی برای کیوبیت‌های ترانسمون (Transmon) هستند که در بسیاری از کامپیوتر‌های کوانتومی به کار می‌روند. این کیوبیت‌ها از فوتون‌هایی تشکیل شده‌اند که در محفظه‌ای فلزی و کوچک به دام افتاده‌اند. ماهیت موج‌مانند این سیستم به آن اجازه می‌دهد یکی از دو نوع اصلی خطای کوانتومی، یعنی خطای وارونگی بیت، را به‌صورت نمایی کاهش دهد؛ درحالی‌که خطای دیگر، یعنی وارونگی فاز، تنها به‌صورت خطی افزایش پیدا می‌کند. خطای وارونگی بیت زمانی رخ می‌دهد که مقدار یک کیوبیت از صفر به یک یا برعکس تغییر کند. در مقابل، خطای وارونگی فاز به تغییر فاز حالت کوانتومی مربوط می‌شود، بدون آنکه لزوماً مقدار صفر یا یک کیوبیت تغییر کند. بر اساس محاسبات جدید، سیستمی متشکل از 22 هزار و 593 کیوبیت گربه‌ای می‌تواند کلید رمزنگاری RSA-2048 را در مدت 3٫14 روز تجزیه کند. محققان همچنین بررسی کرده‌اند که با افزایش تعداد کیوبیت‌ها می‌توان زمان محاسبه را کاهش داد. طبق برآوردشان، اتصال 10 کامپیوتر کوانتومی و استفاده از مجموع 610 هزار و 530 کیوبیت گربه‌ای می‌تواند زمان شکستن RSA-2048 را به 1٫25 ساعت برساند. پژوهشگران در بخش دیگری از مطالعه، منابع موردنیاز برای شکستن سازوکار رمزنگاری منحنی بیضوی (Elliptic Curve Cryptography) را نیز بررسی کرده‌اند؛ روشی که برای تأمین امنیت مالکیت بیت‌کوین به کار می‌رود. طبق محاسبات آن‌ها، سیستمی با 29 هزار و 588 کیوبیت گربه‌ای می‌تواند این سازوکار را در مدت 61٫8 دقیقه بشکند. با وجود کاهش برآورد منابع محاسباتی، درحال‌حاضر هیچ کامپیوتر کوانتومی با 23 هزار کیوبیت وجود ندارد و فناوری فعلی همچنان با موانع متعددی روبه‌رو است. کنترل دما، افزایش مقیاس سیستم‌ها، حفظ پایداری کیوبیت‌ها و اتصال تراشه‌های متعدد به یکدیگر ازجمله چالش‌هایی هستند که باید برطرف شوند. این پژوهش هنوز همتاداوری نشده و به‌صورت پیش‌چاپ در آرشیو Cryptology ePrint منتشر شده است