Ateitis po „Q-Day“ – pasaulis, kuriame šifrus laužys kvantiniai kompiuteriai

Įsivaizduokite, kad spintelės raktą jums perduoda ne žmogus, o šviesos blyksnis. Jei kas nors bandytų jį pagauti pakeliui, raktas akimirksniu sulūžtų – ir tai būtų iškart matoma. Būtent taip veikia kvantinis ryšys: nors iš pirmo žvilgsnio skamba kaip mokslinė fantastika, jis jau šiandien tampa realybe ir gali virsti vienu svarbiausių ateities saugumo pamatų.

Vis dėlto kvantinės technologijos neapsiriboja vien ryšiu – dar platesnes galimybes atveria kvantiniai kompiuteriai.

Kauno technologijos universiteto Informatikos fakulteto (KTU IF) profesorius, Kibernetinio saugumo kompetencijų centro vadovas dr. Šarūnas Grigaliūnas pasakoja, kad kvantiniai kompiuteriai skaičiuoja ne įprastais bitais (0 arba 1), o kvantiniais bitais – kubitais.

Kaip mąsto kvantiniai kompiuteriai?

Š. Grigaliūnas teigia, kad viena svarbiausių kubitų savybių – susietumas. Tai reiškia, kad keli kubitai gali būti tarpusavyje taip susiję, jog vieno būsena visada priklauso nuo kito, net jei jie yra labai toli vienas nuo kito.

„Įsivaizduokite dvi stebuklingas monetas, kurias galima sukti toli viena nuo kitos, tačiau jos vis tiek susitarusios taip, kad sustabdžius vieną, antroji akimirksniu žino, ką rodyti. Tiksliau, jų rezultatai visada susiję, nes monetos buvo paruoštos kartu. Tai nereiškia, kad informacija keliauja greičiau už šviesą – taip tiesiog veikia kvantinė fizika“, – sako jis.

Dėl šių savybių kvantiniai kompiuteriai tam tikras užduotis sprendžia visiškai kitokiais algoritmais nei klasikiniai.

„Šios savybės suteikia kvantiniam skaičiavimui unikalų pranašumą. Turėdamas daug „besisukančių monetų“ (kubitų), kvantinis kompiuteris gali vienu metu įvertinti daugybę galimų atsakymų kombinacijų ir išmintingai pasverti, kur slypi teisingas. Todėl jis geba rasti didelių skaičių daliklius (tai itin svarbu šiuolaikiniam šifravimui), greičiau surasti adatą šieno kupetoje (dideliuose, nesurūšiuotuose sąrašuose) ar modeliuoti molekules bei medžiagas, padėdamas kurti naujus vaistus“, – pažymi KTU profesorius.

Vis dėlto, pasak jo, svarbu suprasti: kvantinis kompiuteris nėra tiesiog galingesnė įprastų kompiuterių versija, o visiškai kitokia skaičiavimo fizika, pritaikyta savitiems uždaviniams.

„Q-Day“: pasiruošimas per disciplinuotą migraciją

Š. Grigaliūnas aiškina, kad „Q-Day“ – tai momentas, kai pakankamai galingas kvantinis kompiuteris galėtų praktiškai sulaužyti šiandien plačiai naudojamą viešojo rakto kriptografiją (RSA ir ECC).

Kriptografijoje raktas – tai matematinis kodas (skaičių seka), naudojamas informacijai užšifruoti ir iššifruoti. Viešojo rakto kriptografijoje yra du raktai: viešasis, kurį gali žinoti visi ir kuriuo šifruojama žinutė, bei privatusis, kurį turi tik savininkas ir kuriuo ji iššifruojama.

Atsiradus pakankamai galingiems kvantiniams kompiuteriams, iš viešojo rakto būtų galima išskaityti privatųjį – o tai sugriautų dabartinio interneto saugumo pamatą.

„Tiksli „Q-Day“ data neprognozuojama, tačiau rizika jau yra pakankamai arti, kad atsakingi specialistai planuotų veiksmus šiandien. Praktinis požiūris apima inventorizaciją, „saugoti dabar, iššifruoti vėliau“ grėsmės mažinimą jautriems duomenims, PQC bandymus ir kvantinių ryšių pilotinius projektus. Trumpai tariant, tai ne panikos klausimas, o disciplinuotos migracijos užduotis“, – teigia KTU profesorius.

Kvantinis koridorius tarp Rygos ir Vilniaus

Š. Grigaliūnas teigia, kad kvantinės technologijos atveria plačias galimybes – nuo tikslesnių laiko matavimų ir pažangesnės navigacijos iki patikimesnių ryšių po vandeniu ar kosmose. Jos gali paspartinti naujų vaistų, medžiagų ir baterijų kūrimą bei padėti spręsti sudėtingus logistikos ir energetikos uždavinius.

„Saugumo srityje itin svarbus QKD – informacijos apsikeitimo slaptomis rakto sekų dalimis būdas, paremtas šviesos naudojimu. Jis leidžia užtikrinti saugų ryšį net ir atsiradus galingiems kvantiniams kompiuteriams. Lietuvoje ši technologija jau bandoma: nuo palydovinio raktų perdavimo projekto EAGLE-1 iki antžeminių optinių stočių, priimančių signalus iš kosmoso. Tokie sprendimai prisidės prie patikimesnės kritinės infrastruktūros ir gynybos sistemų apsaugos“, – pažymi jis.

KTU šiame procese užima strateginės institucijos vaidmenį. Čia bus įrengta mobilioji stotis, priimsianti kvantinius raktus iš palydovų ir perduosianti juos į mūsų tinklus. Kartu su partneriais kuriamas Latvijos–Lietuvos kvantinis stuburas, jungiantis Rygą, Panevėžį ir Vilnių, o ateityje jis bus integruotas į Lenkijos infrastruktūrą. Taip formuojamas tarptautinis kvantinio ryšio koridorius, įtvirtinantis Lietuvą kaip svarbią Europos kvantinės komunikacijos grandinės dalį.

Universitetai čia atlieka jungiamąją funkciją. Pasak KTU profesoriaus, studentai studijų programose jau supažindinami su postkvantine kriptografija (naujais šifravimo metodais), kvantiniu raktų dalijimusi ir kibernetinio saugumo centrų veikla. Jie mokomi ne tik kurti šifravimo raktus, bet ir praktiškai juos taikyti, kad tinklai būtų saugūs visą parą.

Visa ši veikla sudaro vientisą grandinę: mokslas – standartai – pramonė. „Išradome, aprašėme, pavertėme standartais ir perkėlėme į realius produktus bei paslaugas. Ruošiame žmones kvantinei ateičiai – mokome šiandien tam, kad rytoj mūsų ryšiai, paslaugos ir žmonės būtų pasiruošę kvantinės eros iššūkiams“, – apibendrina Š. Grigaliūnas.

Spalio 9–10 d. Vilniuje ir Kaune vyks Lietuvos ir Masačusetso technologijos instituto (MIT) konferencija „Human and More-than-human Futures: Innovating Technologies for Coexistence“. Spalio 10 d. 11 val. Vytauto Didžiojo universitete KTU profesorius dr. Šarūnas Grigaliūnas skaitys pranešimą „Universities Driving Quantum-Ready Defence Security and Resilience“, pristatydamas, kaip universitetai jau šiandien kuria pagrindą kvantinei ateičiai ir stiprina gynybos bei saugumo sistemų atsparumą. Registracija – privaloma.