Kvantové počítače jsou už několik let označovány za technologii, která jednou změní svět kybernetické bezpečnosti. Přestože dnešní stroje mají k prolomení moderního šifrování stále velmi daleko, výzkumníci přicházejí s objevy, které postupně odstraňují největší překážky. Nejnovější dvojice studií ukazuje, že pokrok se neodehrává jen ve vývoji samotného hardwaru, ale také v matematice a umělé inteligenci. Právě jejich spojení může výrazně urychlit cestu ke skutečně použitelným kvantovým počítačům.
První významný posun přichází z MIT. Tamní vědci představili nový způsob výpočtů, který navazuje na slavný Shorův algoritmus z roku 1994. Ten už před třiceti lety ukázal, že dostatečně výkonný kvantový počítač by dokázal prolomit šifrování RSA, na kterém dodnes stojí velká část internetové komunikace.
Mohlo by vás zajímat
Nový algoritmus řeší zásadní problém
Dosavadní problém ale spočíval v extrémních nárocích na kvantovou paměť. Nové řešení zachovává vysokou rychlost výpočtů, zároveň však dramaticky snižuje počet potřebných qubitů. Výzkumníci toho dosáhli díky odlišnému matematickému přístupu inspirovanému Fibonacciho posloupností, který nahrazuje paměťově náročné operace jednoduššími násobeními.
Vedle nižších nároků na hardware přináší metoda ještě jednu zásadní výhodu. Lépe zvládá chyby vznikající při výpočtech, což je jeden z největších problémů současných kvantových procesorů. Kvantové systémy jsou totiž mimořádně citlivé na okolní prostředí a i drobná odchylka může znehodnotit celý výpočet.
Internet v ohrožení?
Ačkoliv může podobný výzkum znít alarmujícím dojmem, běžní uživatelé se zatím obávat nemusí. Největší dnešní kvantové počítače disponují přibližně tisícovkou qubitů, zatímco prolomení běžně používaného šifrování by podle současných odhadů vyžadovalo řádově desítky milionů stabilních qubitů.
Nový algoritmus navíc zatím přináší výhody hlavně při práci s ještě většími čísly, než jaká využívají dnešní bezpečnostní standardy. Praktické prolomení internetového šifrování tedy zůstává otázkou budoucnosti, nikoliv současnosti.
Google učí kvantový počítač
Druhý významný průlom přichází od výzkumníků společnosti Google. Ti se zaměřili na jinou dlouhodobou slabinu kvantových počítačů – jejich nestabilitu.
Kvantové procesory vyžadují neustálé přelaďování parametrů, protože se jejich vlastnosti během provozu postupně mění. Dosud bylo nutné výpočty pravidelně přerušovat a zařízení znovu kalibrovat. To představuje zásadní problém pro budoucí algoritmy, které budou potřebovat běžet celé dny nebo týdny.
Google proto využil posilované učení (reinforcement learning), tedy jednu z metod moderní umělé inteligence. Algoritmus průběžně sleduje vznikající chyby a během samotného výpočtu automaticky upravuje tisíce parametrů řízení kvantového procesoru. Jinými slovy – počítač se učí za běhu a průběžně dolaďuje vlastní nastavení, aniž by bylo nutné výpočty zastavovat.
Při testech na procesoru Willow se podařilo několikanásobně prodloužit dobu, po kterou kvantová paměť spolehlivě uchovávala informace. Současně se podařilo dále snížit chybovost i po klasické kalibraci prováděné lidskými experty.
Budoucnost kvantových počítačů
Obě studie ukazují zajímavý trend. Vývoj kvantových počítačů už není pouze závodem o výrobu většího počtu qubitů. Stejně důležité začínají být nové matematické algoritmy, efektivnější práce s pamětí nebo využití umělé inteligence při řízení celého systému.
Právě kombinace těchto oblastí může rozhodnout o tom, kdy se kvantové počítače stanou skutečně praktickými. Výrobci jako IBM, Google, IonQ nebo Quantinuum investují miliardy dolarů nejen do nových procesorů, ale také do softwarových technologií, které umožní jejich efektivní využití.
Proto už dnes probíhá celosvětový přechod na takzvanou postkvantovou kryptografii, která má odolat i budoucím kvantovým strojům. A fFirmy, banky, cloudové služby i výrobci zařízení se na tuto změnu postupně připravují.
Potíž není se software, algoritmy a ani ne s počtem qubitů, ale s jejich provázaností (entanglement). Na implementaci Shorova algoritmu by (hodně zjednodušeno) bylo potřeba provázat několik tisíc qubitů s přesností 99,9…9 a těch 9tek by tam bylo potřeba několik tisíc. To asi vůbec není proveditelné, tam by jistě platila jiná fyzika, liší se od kvantovky tak, jako ona od Newtonovy mechaniky. Grantovým agenturám se to pochopitelně neříká a novináři mají rádi senzace, tak už 30 roků píší, že do 5 let tu budou quantum computers, které budou umět Shora.