التشفير الذي يحمي حسابك البنكي قد يصل إلى حاسوب كمي خلال 3 أيام، حسب ما تشير إليه الدراسة

يعتمد جزء كبير من أماننا عبر الإنترنت على نظام قفل رقمي يسمى تشفير RSA، والذي يحمي خصوصيتنا أثناء تصفحنا لوسائل التواصل الاجتماعي، أو الحصول على تحديثات البرامج، أو إجراء معاملات مصرفية لتمويل المزيد من التمرير. من السهل تشكيل معيار التشفير RSA-2048 ولكن من الصعب للغاية كسره لأنه يضاعف رقمين أوليين كبيرين لإنتاج معامل يصل إلى 617 رقمًا عشريًا – وهو قفل افتراضي يمكن للناس رؤيته وإخراجه. ويتطلب فك هذا المفتاح مفتاحًا خاصًا: هذين الرقمين الأوليين الأوليين، اللذين تم العثور عليهما عن طريق التحليل. ومع ذلك، قد تكون خصوصيتنا الجماعية أكثر هشاشة مما نعتقد، حيث يمكن أن يهدد تقدم الحوسبة الكمومية هذا التشفير عاجلاً وليس آجلاً، كما تشير الأبحاث الجديدة. في دراسة ما قبل الطباعة (والتي لم تخضع بعد لمراجعة النظراء) المنشورة على Cryptology ePrint Archive، أجرى فريق بقيادة باحثين من شركة الحوسبة الكمومية Alice & Bob، ومقرها في باريس، تقديرًا شاملاً للموارد من الألف إلى الياء لما يعرف باسم خوارزمية شور، باستخدام الكيوبتات فائقة التوصيل “القط”. ببساطة، خوارزمية شور هي خوارزمية حوسبة كمومية صممها عالم الرياضيات بيتر شور في عام 1994 لتسريع عملية فك التشفير هذه بشكل كبير. تعد وحدات البت الكمومية Cat بديلاً مثيرًا للاهتمام بشكل أساسي للبتات الكمومية “transmon” التي تشغل العديد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية. وتتكون وحدة البت الكمومي، التي سميت على اسم تجربة قطة شرودنغر الفكرية، من فوتونات محاصرة في صندوق معدني صغير، أو مذبذب. تسمح طبيعتها الشبيهة بالموجة بقمع أحد الطريقتين الأساسيتين للأخطاء الكمومية بشكل كبير، والتي تسمى أخطاء قلب البتات، بينما تزيد خطيًا فقط النوع الآخر، الذي يسمى أخطاء قلب الطور. يمكن اعتبار خطأ قلب البت بمثابة مفتاح ضوئي يتم قلبه من وضع التشغيل (1) إلى وضع إيقاف التشغيل (0)، بسبب أشياء مثل التداخل الكهربائي الخارجي الذي يفسد النظام الكمي. يشبه خطأ قلب الطور قلب تركيب مفتاح الضوء بالكامل على رأسه، دون أن يغير المفتاح نفسه موضعه بين التشغيل والإيقاف. بشكل عام، انخفضت تقديرات الموارد لخوارزمية شور باستمرار، من 20 مليون كيوبت في عام 2019 إلى أقل من مليون في عام 2025، وفقًا لما ذكره كريج جيدني Craig Gidney من Google Quantum AI وزملاؤه، حسبما ذكر الباحثون في مدونتهم. وبالمثل، انخفضت تقديرات أليس وبوب للقطط الكمومية منذ عام 2023، من 350 ألفًا إلى أقل بقليل من 23 ألفًا في تقديراتهم الأخيرة. وهذا أقل بنحو 40 مرة من المليون بت الكمي الذي قدّره جيدني سابقًا، على الرغم من أن تقديرات Alice & Bob الأخيرة تستخدم تفاصيلها الخاصة، بما في ذلك معدلات الخطأ وقدرات التصحيح. لذلك، لتحليل مفتاح تشفير RSA-2048، وتحطيم القفل الرقمي الذي يحمي آلاف الصور الخاصة بالسيدة ويسكرز (والحسابات المصرفية)، سيحتاج إطار عمل مكون من 22,593 بت كمومي إلى 3.14 يومًا فقط. يقول الباحثون في منشور مدونتهم: “على حد علمنا، لا توجد بنية منشورة أصغر حجمًا في وقت التشغيل هذا، مما يضعنا على حدود الحجم والسرعة معًا”. تقدير موارد خوارزمية Shor عبر الأنظمة الأساسية. (أليس وبوب)يحقق هذا النهج المتوازن نقطة توازن جيدة بين متطلبات المكان والزمان. يحدد عدد الكيوبت حجم آلة الحوسبة الكمومية وأجهزتها، بما في ذلك علم التبريد اللازم لتبريد الرقائق الكمومية إلى أجزاء من درجة فوق الصفر المطلق، وهي أبرد بكثير من الفضاء الخارجي. العامل الأساسي الآخر هو وقت التشغيل، أو المدة التي سيستغرقها إنشاء عملية حسابية مفيدة. يوضح منشور المدونة: “يمكنك استبدال أحدهما بالآخر، ولكن المضي قدمًا في أي من الاتجاهين سينتهي بك الأمر مع آلة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن تصنيعها، أو بطيئة جدًا بحيث لا يهم”. للحصول على تأثير سريع، يمكن لربط 10 آلات حوسبة كمومية لإنتاج 610,530 بت كمومي أن يحل RSA-2048 خلال 1.25 ساعة فقط. وقدّر الباحثون أيضًا الموارد اللازمة لتجاوز الأقفال الرقمية ذات المنحنى الإهليلجي التي تؤمّن ملكية البيتكوين. يمكن لنظام يحتوي على 29,588 بتًا كميًا أن يفعل ذلك خلال 61.8 دقيقة. ومع ذلك، فإن معاملات البيتكوين تتم في غضون 10 دقائق، كما يشير الباحثون، وهو الحد الزمني الذي يجب الوفاء به لسرقة هذه العملة المشفرة أثناء النقل. لذا فإن أي متسللين يرغبون في إعادة تمثيل Bitcoin Pizza Day الشهير لم يحالفهم الحظ حتى الآن. ملخص لتقديرات الموارد المادية للباحثين. العمود الثالث، “بيبي شور”، هو بروتوكول يمكن اختباره في وقت أقرب بكثير من البروتوكولات الأخرى، لتوجيه التمويل المستقبلي. (أليس وبوب) والأهم من ذلك، أنه لا يوجد أحد لديه حاسوب كمي بسعة 23000 كيوبت. وهي ليست قريبة حتى. تحتوي المصفوفة الأكبر، التي طورها مهندسو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، على 6100 كيوبت محاصرة بالليزر، لكن هذه مصفوفة وليست حاسوبًا “حاسوبيًا” وظيفيًا. ويجب التغلب على التحديات الكمية المتعددة الحالية، بما في ذلك التحكم في درجة الحرارة، وقابلية التوسع، والاستقرار، مثل ربط العديد من الرقائق والكيوبتات البعيدة بشكل متزايد. ومع ذلك، يعتقد البعض أن معيار RSA-2048 قد يتم إهماله في فجر العقد المقبل. بالإضافة إلى ذلك، تفترض تقديرات الباحثين أن البتات الكمومية القطية يمكن أن تتجنب أخطاء قلب البتات لمدة 100 عام، ولكن العديد من الكيوبتات المثبتة قد تكون مستقرة فقط لمدة ميلي ثانية. ومع ذلك، تصبح البتات الكمومية القطية أكثر استقرارًا بشكل كبير من خلال دمج فوتونات إضافية في المذبذب – ما عليك سوى رمي المزيد من القطط في الصندوق (فضلات شرودنغر). في الواقع، حقق علماء الفيزياء الكمومية من أليس وبوب مؤخرًا متوسطًا بارزًا لوقت قلب البتات قدره 44 دقيقة عن طريق حشو 11 فوتونًا في صندوق القطة (الكيوبت القطة)، مما أدى إلى تحسين الاستقرار القياسي بملايين المرات. تشير الدراسة إلى أن إرخاء أوقات تقليب البتات إلى حوالي ساعة واحدة سيتطلب مضاعفة عدد الكيوبتات إلى حوالي 45000. وكما لاحظ الباحثون في بيانهم الصحفي، قد تشهد أوائل ثلاثينيات القرن الحالي تقاربًا بين الأجهزة المحسنة وانخفاض متطلبات الموارد. ونتيجة لذلك، يمكن بناء الآلات الأولى في غضون سنوات – على الرغم من أن الجدول الزمني للتهديدات الفعلية غير مؤكد. البحث متاح كنسخة أولية على أرشيف Cryptology ePrint. تم تدقيق هذه المقالة بواسطة ريبيكا داير وتم تحريرها بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأ، يرجى إعلامنا بذلك.