L'informatica quantistica è rimasta all'apice di una rivoluzione tecnologica per la parte migliore dell'ultimo decennio. Tuttavia, la svolta promessa non sembra ancora più vicina di quanto non fosse qualche anno fa. Nel frattempo, anche se gli investimenti continuano a fluire, gli esperti sollevano domande scomode sul fatto che rappresenti la fine della privacy online come la conosciamo. Allora, cos'è il quantum computing, in cosa differisce dai computer tradizionali e perché i ricercatori stanno suonando il campanello d'allarme al riguardo? Cercheremo di rispondere a tutte queste domande oggi.
Cos'è il Quantum Computing e come minaccia la sicurezza informatica
Sebbene i computer quantistici odierni ci abbiano dato un'idea di ciò di cui è capace la tecnologia, non ha ancora raggiunto il suo massimo potenziale. Tuttavia, è la promessa di un potere sfrenato che sta sollevando i peli delle mani dei professionisti della sicurezza informatica. Oggi impareremo di più su queste preoccupazioni e sui passi compiuti dai ricercatori per affrontarle. Quindi, senza ulteriori indugi, controlliamo cosa sono i computer quantistici, come funzionano e cosa stanno facendo i ricercatori per assicurarci che non siano gli incubi della sicurezza. Sommario + -
Cos'è il Quantum Computing?
I computer quantistici sono macchine che utilizzano le proprietà della meccanica quantistica, come la sovrapposizione e l'entanglement, per risolvere problemi complessi. In genere forniscono enormi quantità di potenza di elaborazione che è un ordine di grandezza superiore anche ai supercomputer moderni più grandi e potenti. Ciò consente loro di risolvere alcuni problemi computazionali, come la fattorizzazione dei numeri interi, sostanzialmente più velocemente dei normali computer.
Introdotto nel 2019, si dice che il processore Sycamore a 53 qubit di Google abbia raggiunto la supremazia quantistica, spingendo i confini di ciò che la tecnologia può fare. Secondo quanto riferito, può fare in tre minuti ciò che un computer classico impiegherebbe circa 10.000 anni per completare. Sebbene ciò prometta grandi passi avanti per i ricercatori in molti campi, ha anche sollevato domande scomode sulla privacy che gli scienziati stanno ora cercando di affrontare.
Differenza tra computer quantistici e computer tradizionali
La prima e più grande differenza tra computer quantistici e computer tradizionali è nel modo in cui codificano le informazioni. Mentre questi ultimi codificano le informazioni in "bit" binari che possono essere 0 o 1, nei computer quantistici, l'unità di base della memoria è un bit quantistico, o "qubit", il cui valore può essere simultaneamente "1" o "0" o "1 AND 0". Questo viene fatto dalla "sovrapposizione", il principio fondamentale della meccanica quantistica che descrive come le particelle quantistiche possono viaggiare nel tempo, esistere in più luoghi contemporaneamente e persino teletrasportarsi..
La sovrapposizione consente a due qubit di rappresentare quattro scenari contemporaneamente invece di analizzare un "1" o uno "0" in sequenza. La capacità di assumere più valori contemporaneamente è il motivo principale per cui i qubit riducono significativamente il tempo necessario per elaborare un set di dati o eseguire calcoli complessi.
Un'altra importante differenza tra computer quantistici e computer convenzionali è l'assenza di qualsiasi linguaggio di calcolo quantistico in sé. Nell'informatica classica, la programmazione dipende dal linguaggio del computer (AND, OR, NOT), ma con i computer quantistici non esiste un tale lusso. Questo perché a differenza dei normali computer, non hanno un processore o una memoria come la conosciamo. Invece, c'è solo un gruppo di qubit per scrivere informazioni senza alcuna complicata architettura hardware a differenza dei computer convenzionali.
Fondamentalmente, sono macchine relativamente semplici rispetto ai computer tradizionali, ma possono comunque offrire una gran quantità di potenza che può essere sfruttata per risolvere problemi molto specifici. Con i computer quantistici, i ricercatori in genere utilizzano algoritmi (modelli matematici che funzionano anche su computer classici) in grado di fornire soluzioni a problemi lineari. Tuttavia, queste macchine non sono versatili come i computer convenzionali e non sono adatte per le attività quotidiane.
Potenziali applicazioni del Quantum Computing
L'informatica quantistica non è ancora il prodotto maturo che alcuni credevano sarebbe stato entro la fine dell'ultimo decennio. Tuttavia, offre ancora alcuni casi d'uso affascinanti, specialmente per i programmi che ammettono un aumento della velocità quantistica polinomiale. Il miglior esempio di ciò è la ricerca non strutturata, che implica la ricerca di un elemento specifico in un database.
Molti credono anche che uno dei più grandi casi d'uso dell'informatica quantistica sarà la simulazione quantistica, che è difficile da studiare in laboratorio e impossibile da modellare con un supercomputer. Questo dovrebbe, in teoria, aiutare i progressi sia nella chimica che nella nanotecnologia, sebbene la tecnologia stessa non sia ancora del tutto pronta.
Un'altra area che può trarre vantaggio dai progressi nell'informatica quantistica è l'apprendimento automatico. Mentre la ricerca in quell'area è ancora in corso, i sostenitori del calcolo quantistico ritengono che la natura algebrica lineare del calcolo quantistico consentirà ai ricercatori di sviluppare algoritmi quantistici che possono accelerare le attività di apprendimento automatico.
Questo ci porta al caso d'uso più importante per i computer quantistici: la crittografia. La straordinaria velocità con cui i computer quantistici possono risolvere problemi lineari è illustrata al meglio dal modo in cui possono decrittografare la crittografia a chiave pubblica. Questo perché un computer quantistico potrebbe risolvere in modo efficiente il problema della fattorizzazione dei numeri interi, il problema del logaritmo discreto e il problema del logaritmo discreto della curva ellittica, che insieme sono alla base della sicurezza di quasi tutti i sistemi crittografici a chiave pubblica.
Il Quantum Computing è la fine della privacy digitale?
Si ritiene che tutti e tre gli algoritmi crittografici sopra menzionati siano computazionalmente non fattibili con i supercomputer tradizionali e, in genere, vengono utilizzati per crittografare pagine Web sicure, e-mail crittografate e altri tipi di dati. Tuttavia, ciò cambia con i computer quantistici, che possono, in teoria, risolvere tutti questi problemi complessi utilizzando l'algoritmo di Shor, essenzialmente rendendo la crittografia moderna insufficiente di fronte a possibili attacchi..
Il fatto che i computer quantistici possano violare tutta la crittografia digitale tradizionale, potrebbe avere conseguenze significative sulla privacy elettronica e sulla sicurezza di cittadini, governi e aziende. Un computer quantistico potrebbe decifrare in modo efficiente una chiave RSA a 3.072 bit, una chiave AES a 128 bit o una chiave con curva ellittica a 256 bit, poiché può facilmente trovare i loro fattori riducendoli essenzialmente a soli 26 bit.
Mentre una chiave a 128 bit è praticamente impossibile da decifrare entro un lasso di tempo possibile anche dai supercomputer più potenti, una chiave a 26 bit potrebbe essere facilmente decifrata utilizzando un normale PC domestico. Ciò significa che tutta la crittografia utilizzata da banche, ospedali e agenzie governative sarà ridotta a nulla se gli attori malintenzionati, inclusi gli stati nazione canaglia, possono costruire computer quantistici abbastanza grandi e abbastanza stabili da supportare i loro piani nefasti.
Tuttavia, non è tutto negativo per la sicurezza digitale globale. I computer quantistici esistenti non hanno la potenza di elaborazione per rompere qualsiasi algoritmo crittografico reale, quindi per ora i tuoi dati bancari sono ancora al sicuro da attacchi di forza bruta. Inoltre, la stessa capacità che può potenzialmente decimare tutta la moderna crittografia a chiave pubblica viene sfruttata dagli scienziati per creare una nuova `` crittografia post-quantistica '' a prova di hacker che potrebbe potenzialmente cambiare il panorama della sicurezza dei dati nei prossimi anni..
Per ora, si ritiene già che molti noti algoritmi di crittografia a chiave pubblica siano protetti dagli attacchi dei computer quantistici. Ciò include IEEE Std 1363.1 e OASIS KMIP, che descrivono già algoritmi quantistici sicuri. Le organizzazioni possono anche evitare potenziali attacchi da computer quantistici passando a AES-256, che offre un livello adeguato di sicurezza contro i computer quantistici.
Sfide per prevenire una rivoluzione quantistica
Nonostante il suo enorme potenziale, i computer quantistici sono rimasti per decenni una tecnologia di "nuova generazione" senza passare a una soluzione praticabile per uso generale. Ci sono molte ragioni per questo, e affrontarne la maggior parte si è finora dimostrato al di là della tecnologia moderna.
In primo luogo, la maggior parte i computer quantistici possono funzionare solo a una temperatura di -273 ° C (-459 ° F), una frazione di grado sopra lo zero assoluto (0 gradi Kelvin). Come se non bastasse, richiede una pressione atmosferica quasi nulla e deve essere isolata dal campo magnetico terrestre.
Sebbene il raggiungimento di quelle temperature ultraterrene sia di per sé una sfida enorme, presenta anche un altro problema. I componenti elettronici necessari per controllare i qubit non funzionano in condizioni così fredde e devono essere conservati in un luogo più caldo. Collegarli con cavi a prova di temperatura funziona per i chip quantistici rudimentali in uso oggi, ma con l'evolversi della tecnologia, si prevede che la complessità del cablaggio diventi una sfida enorme.
Tutto sommato, gli scienziati dovranno trovare un modo per far funzionare i computer quantistici a temperature più ragionevoli per scalare la tecnologia per uso commerciale. Per fortuna, i fisici ci stanno già lavorando e l'anno scorso due gruppi di ricercatori dell'Università del New South Wales in Australia e QuTech di Delft, Paesi Bassi, hanno pubblicato articoli che affermano di aver creato computer quantistici basati su silicio che funzionano a pieno. grado sopra lo zero assoluto.
Non suona molto al resto di noi, ma è stato salutato come un importante passo avanti dai fisici quantistici, che credono che potrebbe potenzialmente annunciare una nuova era nella tecnologia. Questo perché la temperatura (leggermente) più calda consentirebbe di unire i qubit e l'elettronica come i tradizionali circuiti integrati, rendendoli potenzialmente più potenti.
Potenti computer quantistici che dovresti conoscere
Oltre al processore Sycamore a 53 qubit menzionato in precedenza, Google ha anche presentato un processore quantistico basato su gate chiamato "Bristlecone" all'incontro annuale dell'American Physical Society a Los Angeles nel 2018. La società ritiene che il chip sia in grado di portare finalmente la potenza dell'informatica quantistica al mainstream risolvendo i "problemi del mondo reale".
IBM ha anche presentato il suo primo computer quantistico, il Q, nel 2019, con la promessa di abilitare i `` computer quantistici universali '' che potrebbero funzionare al di fuori del laboratorio di ricerca per la prima volta. Descritto come il primo sistema informatico quantistico integrato al mondo per uso commerciale, è progettato per risolvere problemi al di là della portata dei computer classici in aree come i servizi finanziari, i prodotti farmaceutici e l'intelligenza artificiale.
Honeywell International ha anche annunciato di possedere un computer quantistico. La società ha annunciato lo scorso giugno di aver creato il "computer quantistico più potente del mondo". Con un volume quantico di 64, si dice che il computer quantistico Honeywell sia due volte più potente del suo concorrente più vicino, il che potrebbe portare la tecnologia fuori dai laboratori per risolvere problemi computazionali del mondo reale che sono poco pratici da risolvere con i computer tradizionali.
Quantum Computing: l'alba di una nuova era o una minaccia per la privacy digitale?
La differenza tra computer quantistici e computer tradizionali è così enorme che il primo potrebbe non sostituire il secondo in tempi brevi. Tuttavia, con una corretta correzione degli errori e una migliore efficienza energetica, potremmo sperare di vedere un uso più onnipresente dei computer quantistici in futuro. E quando ciò accadrà, sarà interessante vedere se segnerà la fine della sicurezza digitale come la conosciamo o inaugurerà una nuova alba nella crittografia digitale.
Quindi, ti aspetti che i computer quantistici diventino (relativamente) più onnipresenti presto? O è destinato a rimanere sperimentale nel prossimo futuro? Fateci sapere nei commenti in basso. Inoltre, se desideri saperne di più sulla crittografia e crittografia, dai un'occhiata ai nostri articoli collegati di seguito:
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