NSA има за цел да изгради квантов компютър, който да „пробива повечето типове криптиране“

В метални кутии, които са защитени срещу електромагнитни течове, Агенцията за национална сигурност се състезава за изграждане на компютър, който може да прекъсне почти всеки вид криптиране, използвано за защита на банковите, медицинските, бизнес и правителствените архиви по света.Според документи, предоставени от бившия изпълнител на NSA Едуард Сноудън, усилията за изграждане на „криптологично полезен квантов компютър“ - машина, експоненциално по-бърза от класическите компютри - са част от изследователска програма на стойност 79.7 милиона долара, озаглавена „Проникване в твърди цели“. Голяма част от работата се хоства по класифицирани договори в a лаборатория в College Park, Md.

Развитието на квантовия компютър отдавна е цел на мнозина в научната общност, с революционни последствия за области като медицината, както и за мисията за разбиване на кодове на АНС. С такава технология всички съществуващи форми на криптиране с публичен ключ ще бъдат прекъснати, включително тези, използвани на много защитени уеб сайтове, както и вида, използван за защита на държавните тайни.

Физиците и компютърните учени отдавна спекулират дали усилията на АНС са по-напреднали от тези на най-добрите цивилни лаборатории. Въпреки че пълният обхват на проучванията на агенцията остават неизвестни, документите, предоставени от Сноуден, предполагат, че НОБ не е по-близо до успеха от други в научната общност.

„Изглежда невероятно, че NSA може да бъде толкова далеч пред отворения свят, без никой да го знае“, каза Скот Ааронсън, доцент по електротехника и компютърни науки в Масачузетския технологичен институт.

Изглежда, че АНС се смята, че работи като врата и врата с квантови изчислителни лаборатории, спонсорирани от Европейския съюз и швейцарското правителство, със стабилен напредък, но малко перспективи за незабавен пробив.

„Географският обхват се е стеснил от глобално усилие към дискретен фокус върху Европейския съюз и Швейцария“, се посочва в документа на НСС.

Сет Лойд, професор по квантово машиностроене в Масачузетския технологичен институт, каза, че фокусът на НСА не е подведен. „ЕС и Швейцария постигнаха значителен напредък през последното десетилетие и настигнаха САЩ в квантовите изчислителни технологии“, каза той.

НОБ отказа да коментира тази статия.

Документите обаче показват, че агенцията извършва някои от своите изследвания в големи, защитени помещения, известни като клетки на Фарадей, които са предназначени да предотвратят влизането или излизането на електромагнитната енергия. Тези, според едно кратко описание, са необходими, за да "поддържат деликатните експерименти с квантови изчисления."

[Прочетете документ, описващ нивата на класификация, свързани с квантовите изчислителни усилия]

Основният принцип на квантовото изчисление е известен като "квантова суперпозиция", идеята, че един обект съществува едновременно във всички държави. Класическият компютър използва двоични битове, които са или нули, или такива. Квантовият компютър използва квантови битове или кубити, които са едновременно нула и едно.

Тази привидно невъзможност е част от мистерията, която лежи в основата на квантовата теория, която дори теоретичните физици казват, че никой не разбира напълно.

"Ако мислите, че разбирате квантовата механика, не разбирате квантовата механика", казва покойният лауреат на Нобелова награда Ричард Файнман, който е широко възприет като пионер в квантовото изчисление.

Ето как работи, на теория: Докато класическият компютър, колкото и да е бърз, трябва да направи едно изчисление в даден момент, квантовият компютър понякога може да избегне извършването на изчисления, които не са необходими за решаване на проблем. Това му позволява да се прибере в правилния отговор много по-бързо и ефективно.

Квантовите изчисления са трудни за постигане поради крехката природа на такива компютри. На теория градивните елементи на такъв компютър могат да включват отделни атоми, фотони или електрони. За да се запази квантовата природа на компютъра, тези частици трябва да бъдат внимателно изолирани от външната си среда.

"Квантовите компютри са изключително деликатни, така че ако не ги защитите от околната среда, тогава изчисленията ще бъдат безполезни", казва Даниел Лидар, професор по електротехника и директор на Центъра за квантова информационна наука и технологии на Университет на Южна Калифорния.

Работещият квантов компютър ще отвори вратата за лесно разбиване на най-силните инструменти за кодиране, които се използват днес, включително стандарт, известен като RSA, наречен за инициалите на неговите създатели. RSA скамлира комуникациите, правейки ги нечетливи за всеки, освен за получателя, без да се изисква използването на споделена парола. Обикновено се използва в уеб браузърите за осигуряване на финансови транзакции и криптирани имейли. RSA се използва поради трудността на факторирането на продукта от две големи прости числа. Нарушаването на криптирането включва намирането на тези две числа. Това не може да се направи в разумен период от време на класически компютър.

В 2009, компютърни учени използваха класически методи открийте простите числа в рамките на 768-битово число, но за това бяха необходими почти две години и стотици компютри. Учените изчислиха, че ще са необходими 1,000 пъти по-дълго, за да се прекъсне 1,024-битов ключ за шифроване, който обикновено се използва за онлайн транзакции.

Мащабният квантов компютър обаче теоретично би могъл да разбие 1,024-битовото криптиране много по-бързо. Някои водещи интернет компании преминават към 2,048-битови ключове, но дори и тези се считат за уязвими за бързо декриптиране с квантов компютър.

Квантовите компютри имат много приложения за днешната научна общност, включително създаването на изкуствен интелект. Но АНБ се страхува от последиците за националната сигурност.

"Прилагането на квантовите технологии към алгоритмите за криптиране заплашва драматично да повлияе на способността на американското правителство да защити както комуникациите си, така и да подслушва комуникациите на чужди правителства", според вътрешен документ, предоставен от Сноуден.

Експертите не са сигурни колко скоро квантовия компютър би бил осъществим. Преди десетилетие някои експерти казаха, че разработването на голям квантов компютър вероятно е 10 до 100 години в бъдеще. Преди пет години Лойд каза, че целта е най-малко 10 години.

Миналата година Джеф Форшоу, професор от университета в Манчестър, каза пред британския вестник "Гардиън": "Вероятно е твърде рано да се спекулира кога ще бъде построен първият пълномащабен квантов компютър, но скорошният напредък показва, че има всякакви причини да бъде оптимист. "

"Не мисля, че вероятно ще имаме вида на квантовия компютър, който НСА иска в рамките на най-малко пет години, при липсата на значителен пробив може би много по-дълго," каза Лойд пред Washington Post в неотдавнашно интервю.

Някои компании обаче твърдят, че вече произвеждат малки квантови компютри. Канадска фирма, D-Wave системи , казва, че прави квантови компютри от 2009. В 2012, тя продаде версия на $ 10 милиона на Google, НАСА и Асоциацията за космически изследвания на университетите, според новини.

Този квантов компютър обаче никога не би бил полезен за разчупване на шифроването на публичния ключ като RSA.

„Дори ако всичко, което твърдят, е вярно, този компютър, по своя дизайн, не може да работи алгоритъм на Шор“, Казва Матю Грийн, изследовател в Института по информационна сигурност на университета„ Джон Хопкинс “, като се позовава на алгоритъма, който може да се използва за разчупване на криптиране като RSA.

Експертите смятат, че една от най-големите пречки за разбиване на криптирането с квантовия компютър е изграждането на компютър с достатъчно кубити, което е трудно, като се има предвид много крехкото състояние на квантовите компютри. До края на септември НСА очакваше да може да има някои градивни елементи, които описаха в документ като „динамично отделяне и пълно квантово управление на два полупроводникови кубита“.

"Това е голяма стъпка, но това е доста малка стъпка по пътя към изграждането на голям квантов компютър", казва Лойд.

Квантовият компютър, способен да нарушава криптографията, ще се нуждае от стотици или хиляди повече кубити от това.

Бюджетът за Националната разузнавателна програма, наричан обикновено „черен бюджет“, описва проекта „Проникващи твърди цели“ и отбеляза, че тази стъпка „ще даде възможност за първоначално мащабиране към големи системи в свързани и последващи усилия“.

Друг проект, наречен „Притежаването на мрежата“, използва квантово изследване, за да подкрепи създаването на квантово-базирани атаки на криптиране като RSA, показват документите.

"Иронията на квантовите изчисления е, че ако можете да си представите някой, който изгражда квантов компютър, който може да разбие криптирането няколко десетилетия в бъдещето, тогава трябва да се притеснявате точно сега", каза Лидар.

Copyright: "Вашингтон пост"

Споделете тази статия: