Jesmo li spremni za prilike i opasnosti koje donose kvantne tehnologije?

Kvantno računarstvo možda se čini kao pojam udaljene budućnosti iz perspektive Hrvatske, s obzirom da u ovom trenutku nema indicija da će kvantno računalo fizički biti razvijeno i prisutno u Hrvatskoj u nekom kraćem roku, no, kao i u većini drugih područja, danas svoju poziciju moramo promatrati u globalnom kontekstu.

Kvantne tehnologije imaju potencijal omogućiti nam rješavanje problema koje nikada prije nismo mogli riješiti, ali istovremeno i učiniti uobičajnu enkripciju koju danas koristimo beskorisnom, uključujući one državnih sustava. Do kraja ovog desetljeća, prema nekim projekcijama, sustavi o kojima ovisi život ljudi, kao što su električne mreže, bolnički resursi, logistički lanci opskrbe i mnogi drugi mogli bi se srušiti u nekoliko sekundi ukoliko se ne adresiraju izazovi kvantnih tehnologija.

Kvantna superpozicija ubrzava izvođenje računalnih operacija

No, krenimo ispočetka. Po čemu su kvantna računala toliko drugačija od sustava koje smo do sada dobro upoznali? Za razliku od današnjih računala koja za rad koriste bitove odnosno stanja 0 i 1, a koja mogu biti ili jedno ili drugo, nikako oboje - kvantna računala koriste kvantne bitove koji mogu biti 0, 1 ili 0 i 1 istovremeno što je poznato kao kvantna superpozicija. Ovo svojstvo je ključno za činjenicu zašto kvantna računala mogu izvoditi određene operacije značajno brže. Osim superpozicije, svojstvo kubita je i prepletenost - sposobnost dviju čestica da razmjenjuju informacije čak i na udaljenosti.

Potencijal kvantne komunikacije oslanja se na činjenicu da može omogućiti apsolutno sigurnu podatkovnu komunikaciju, potencijalno čak i potpuno neograničenu. Trenutno se naša razmjena podataka oslanja na tokove električnih signala koji predstavljaju bitovi 1 i 0 koji prolaze kroz optičke kabele. Napadač koji uspije dotaknuti ove kabele može čitati i kopirati te bitove dok prolaze kroz kabel. S druge strane, u kvantnoj komunikaciji prenesene informacije kodirane su u superpoziciji, u kubitu. Zbog osjetljivosti kvantnih stanja na vanjske smetnje, kad god napadač pokuša uhvatiti koje se informacije prenose, kubit se "reducira" na 1 ili 0 - uništavajući tako kvantne informacije i ostavljajući trag koji se može pratit.

Niz zemalja već ulaže u kvantna istraživanja i razvoj

S obzirom na navedeni potencijal, globalno se već odvijaju značajna ulaganja u razvoj kvantnih tehnologija. Na svjetskoj razini možemo istaknuti savezni program SAD-a za ubrzanje kvantnog istraživanja i razvoja s 1,275 milijardi dolara financiranja tijekom pet godina, a njihov Ured za znanost i tehnološku politiku upućen je da izradi plan za udvostručenje temeljnih ulaganja u kvantnu informacijsku znanost do 2022. godine.

EU je uspostavila Quantum Flagship projekt podršku razvoju kvantne tehnologije s milijardu eura (1,2 milijarde USD) tijekom deset godina. EU ovim projektom želi postati predvodnica u njezinoj primjeni. Europska komisija želi da u sljedećih deset godina Europa izbije na čelo druge kvantne revolucije, investiranjem u više od 5000 europskih vodećih istražitelja kvantne tehnologije. Dugoročno, Europska unija želi postići razvoj kvantnog interneta. Kroz programe Obzor 2020. i QuantERA u tome sudjeluje i Hrvatska.

Hrvatska ima perspektivu u novom valu razvoja

Iako to nije uvelike poznato u široj javnosti, domaći znanstvenici već su angažirani u području kvantnih tehnologija. Da navedemo samo nekoliko, Institut za fiziku Sveučilišta u Zagrebu istražuje aktivnosti ultrahladnih atomskih plinova u sintetičkim magnetskim poljima radi postizanja kvantne memorije na više načina, a na Institutu Ruđer Bošković u Zagrebu djeluje Znanstveni centar izvrsnosti za napredne materijale i senzore, dok se na Fakultetu elektrotehnike i računarstva u Zagrebu gradi nano satelit s optičkim detektorima koji je zametak tehnologije koja bi se mogla koristiti u okviru inicijative EuroQCI, u koju smo se formalno uključili 2019. godine.

Još jedan primjer vezan upravo za kvantno računalo su domaći istraživači i studenti koji ga upotrebljavaju udaljeno, npr. studenti FER-a Sveučilišta u Zagrebu mogu korištenjem IBM-ova sustava Q Experience pokrenuti svoj kvantni program i nakon svega nekoliko minuta imati uvid u rezultate njegova izvođenja na stvarnom kvantnom računalu. Izvjesno je kako će pristup kvantnim računalima u godinama koje slijede biti u podatkovnim centrima, a mi ćemo moći koristiti njihove resurse, stoga nema nikakve prepreke da hrvatske tvrtke pridonesu razvojem kvantnog softvera.

Zloupotreba kvantnih računala predstavlja prijetnju

Kvantno računarstvo ima potencijal da „sutra“ razbije korijenski važne kriptografske osnove infrastrukture na koju se oslanjaju tvrtke i šira digitalna ekonomija. Na nedavnom sastanku Centra za kibernetičku sigurnost Svjetskog gospodarskog foruma, serija vodećih svjetskih stručnjaka za tehnologiju, sigurnost i politiku raspravljala je o strateškim pitanjima kibernetičke sigurnosti koja proizlaze iz kvantne tehnologije. Primjerice, kriptografija o kojoj ovise moderne internetske komunikacije i trgovine ili državna uprava mogla bi jednog dana podleći kvantnom napadu. Iako kvantna računala trenutno nemaju dovoljno procesorske snage za razbijanje ključeva za šifriranje, buduće verzije bi to mogle učiniti u roku od nekoliko sati.

Organizacije koje ne procijene svoje rizike „danas“ i na vrijeme ne pređu na kvantno otpornu enkripciju bit će osjetljive na tzv. „scraping threat“ - Informacije koje su presretnute u prošlosti, ako su pravilno snimljene i pohranjene, u budućnosti se mogu dešifrirati kvantnim računalima. Zamislite da danas pohranite svoje fotografije ili povjerljive dokumente na servis za pohranu podataka, a za nekoliko godina netko treći neovlašteno dobije pristup svim tim podacima. Osim toga, veća međuovisnost pogoršava rizik da incidenti koji se dogode u jednom dijelu ekosustava mogu utjecati na organizacije s druge strane. Moramo osigurati da sigurnost naših sustava prolazi kroz end-to-end procese, opskrbne lance i zajedničku infrastrukturu kako bismo razvili otpornost na sve veću prijetnju kvantnih računala. Jedini način da se osigura sigurnost informacija, osobito informacija koje trebaju ostati sigurne i u budućnosti, jest da ih danas zaštitimo rješenjem za kvantnu zaštitu.

Kvantna i kvantno otporna kriptografija predstavljaju rješenje

Istraživači su radili na razvoju algoritama s javnim ključem koji bi se mogli oduprijeti naporima kvantnih računala u razbijanju koda, očuvanju ili vraćanju povjerenja u tijela za izdavanje certifikata, digitalne potpise i šifrirane poruke. Američki nacionalni institut za standarde i tehnologiju već procjenjuje 69 potencijalnih novih metoda za ono što naziva "post-kvantna kriptografija". Organizacija očekuje da će do 2024., ako ne i prije, imati nacrt standarda koji bi se zatim dodao u web preglednike i druge internetske aplikacije i sustave. Druga alternativa kriptografiji javnih ključeva za razmjenu ključeva je kvantna distribucija ključeva (QKD). Ovdje pošiljatelj i primatelj koriste kvantne metode za uspostavljanje simetričnog ključa. Ali ove metode zahtijevaju posebanu opremu. Iako teoretska i eksperimentalna istraživanja o kvantnoj kriptografiji nastavljaju napredovati, trebat će nam kvantno otporna kriptografija kako bismo osigurali većinu uređaja.

Za tvrtke postoje važni pripremni koraci, a one bi trebale težiti tome da cijela njihova infrastruktura i njihovi proizvodi postanu kripto-agilni, odnosno sposobni usvojiti nove sigurnosne protokole čim postanu dostupni. Primjerice, tvrtke mogu već sada sudjelovati u međusektorskoj suradnji radi rješavanja utjecaja kvantnog računarstva na kibernetičku sigurnost, procijeniti kvantne ranjivosti, pripremiti se za prijelaz na kvantno otpornu enkripciju, poboljšajti sigurnost računalstva u oblaku i podržiti ulaganja u infrastrukturu. U daljnjim naporima značajno mogu pomoći sigurnosni standardi kao npr. ISO 20000, ISO 27001 i slični, a važno je uključiti i periodičko testiranje vlastitih IT sustava u lažnom okruženju u koje napadači pokušavaju provaliti. Setcor je tvrtka koja je svjesna rizika koji dolaze s kvantnim računarstvom i već duže vrijeme prati događanja na svjetskoj razini te će biti spremna za sve izazove koje kvantno doba donosi kako bi svojim korisnicima i svojim cloud uslugama mogla pružiti najbolje mehanizme zaštite prateći ranije navedene smjernice, a uz to se kontinuirano certificira po najvišim sigurnosnim ISO standardima.

Prednosti kvantne tehnologije za industrijski sektor važnije su od prijetnji

Kvantno računarstvo danas ide u smjeru izgradnje stabilnog kvantnog računalnog sustava uz razvoj novih aplikacija za te uređaje. Kvantna računala će moći riješiti određene probleme koji su praktički nemogući za današnja klasična računala. Da navedem samo neke, moglo bi se pomoću molekularne simulacije poboljšati baterije električnih vozila, analizirati i usporediti spojeve koji bi mogli dovesti do razvoja novih lijekova, optimizirati prometne tokove u gradu i poboljšati modele za prognoziranje vremena.

Zaključno, postojat će i dodatne mogućnosti za smanjenje kibernetičkih prijetnji. Poboljšanja algoritama vezanih za istraživanje mogu dovesti do bržih nadogradnji, zakrpa i metoda provjere istih što zauzvrat može smanjiti prilike za napad, odnosno smanjiti izloenu površinu. Napredak u strojnom učenju može dramatično umanjiti učinak prijetnje na način da reducira vrijeme do uklanjanja ranjivosti. Stoga je važno da organizacije budu „kvantno svjesne“ kako bi osigurale pravovremenu primjenu takvih rezultata. Osim toga, predviđa se da će tržište kvantnog računarstva, koje danas iznosi 472 milijuna dolara, dosegnuti 1,765 milijardi dolara do 2026. godine, što će značajno doprinijeti privatnom sektoru.