ROZMOWY PRZED KRYNICA FORUM 2023

Piotr Ciepiela, EY: Do skonstruowania komputera kwantowego pozostały nam 2-3 lata

Widzimy w komputerach kwantowych narzędzia umożliwiające realizację wcześniej nieosiągalnych celów, również w obszarze cyberbezpieczeństwa – mówi  Piotr Ciepiela, Partner EY, globalny lider dla Bezpieczeństwa Architektury i Nowoczesnych Technologii.

 
Czy świat potrzebuje komputera kwantowego? To chyba trochę filozoficzne pytanie…

Absolutnie filozoficzne, a nawet retoryczne i science-realistyczne. Technologia we współczesnym świecie jest zarówno kapryśna, jak i wyjątkowo zmienna. Każda nowość, która jest prezentowana przy burzy oklasków i z fanfarami, w niedługim czasie może stracić na wartości w zawrotnym tempie deprecjacji.

Dzięki komputerom ten proces jeszcze bardziej nabrał tempa. 

Tak. A jednocześnie żyjemy w świecie niemalże nienasyconym. Te dwie współczesne tendencje sprawiają, że niezależnie od tego, czy uznajemy daną technologię za potrzebną czy nie, postęp cywilizacyjny jest niepowstrzymany. Jeśli jedna firma nie zdecyduje się na inwestycję w określoną technologię, tłumacząc to brakiem czasu na badania i rozwój, inna organizacja podejmie to wyzwanie, aby zdobyć przewagę konkurencyjną. W dzisiejszych czasach ta przewaga jest najczęściej wynikiem innowacji technologicznych. Dlatego wydaje mi się, że od tego nie ma ucieczki. Ta droga w przyszłość jest szeroka jak autostrada i wszyscy na niej pędzą z zawrotną prędkością. A ponieważ technologia jest teraz bardziej dostępna i rozproszona niż kiedykolwiek, szanse i możliwości są otwarte praktycznie dla każdego.

Tak zaawansowana technologia niesie ze sobą więcej szans czy zagrożeń dla ludzkości? Można sobie wyobrazić, że komputer kwantowy umożliwi szybkie łamanie zabezpieczeń i haseł. Z drugiej strony: możliwe, że jego moc obliczeniowa okaże się pomocna w rozwiązywaniu problemów, z jakimi boryka się ludzkość. 

Rozwój komputerów kwantowych otwiera całkiem nowe perspektywy w obszarach takich, jak modelowanie, procesy, analiza materiałów, logistyka, czy efektywne podejmowanie decyzji. Patrzymy na komputery kwantowe jako na narzędzia umożliwiające realizację wcześniej nieosiągalnych celów, również w kontekście cyberbezpieczeństwa. Zagrożeń zawsze będziemy identyfikować więcej, bo taką też mamy naturę, natomiast nie zmienia to faktu, że nie zatrzymamy postępu. W związku z tym chodzi o to, żebyśmy mieli odpowiednią świadomość co do tego, jak możemy wykorzystać komputery kwantowe, ale też jakie tworzą zagrożenia.

No, właśnie…

Z jednej strony komputery kwantowe mogą być wykorzystane do złamania obecnych algorytmów kryptograficznych, których używamy absolutnie wszędzie, nawet jeśli procesy kryptograficzne przebiegają z dala od świadomości użytkowników – czyli w tle. Z drugiej strony mamy jednak algorytmy postkwantowe, które są w stanie dużo lepiej zabezpieczyć nas przed takimi atakami. Definiujemy więc zagrożenie i od razu potencjalną odpowiedź na nie. Oprócz kwestii związanych z bezpieczeństwem, komputery kwantowe otwierają bardzo duże możliwości w różnych dziedzinach. Prawda jest taka, że to nie są po prostu szybsze komputery. One są inaczej skonstruowane, inaczej się zachowują, potrzebują innych algorytmów i oprogramowania.

Co to znaczy, że komputery kwantowe inaczej się zachowują?

Standardowy komputer działa na zasadzie logiki bitów, czyli logiki binarnej. Bit przyjmuje dwa stany – zero albo jeden, więc albo coś jest, albo czegoś nie ma. Ten system jest wykorzystywany do programowania komputerów, żeby potrafiły mnożyć, dzielić i obliczać pewne rzeczy. Natomiast jeżeli chodzi o komputery kwantowe, to zamiast bitów mamy kubity, które wykorzystują superpozycję i splątanie. Superpozycja to stan, w którym kubit czyli kwant, znajduje się w każdym stanie jednocześnie. Czyli nie mamy stanu zero albo jeden, ale wszystkie stany na raz. To pozwala nam na przyspieszenie obliczeń. Splątanie polega zaś na tym, że jeden kubit będzie oddziaływał na drugi. Jeżeli mamy dwa lub więcej kubitów, to będą tworzyły stan kwantowego splątania. Możemy splątać ze sobą wiele kubitów, a wtedy one są, po pierwsze, w każdym możliwym stanie, a po drugie – oddziałują na siebie. Dzięki temu możemy zwielopoziomować obliczenia i to jest absolutnie niesamowita moc. Taka logika jest wykorzystywana w komputerach kwantowych. Dzisiaj komputery kwantowe znajdują się na bardzo wstępnym etapie rozwoju, ale wykorzystujemy już logikę kwantową i algorytmy kwantowe. I to już nam wystarczy na danym etapie, żeby przyspieszać pewne obliczenia.

Wróćmy więc do szans.

Szanse występują w kilu obszarach. To symulacje molekularne, wszelkiego rodzaju optymalizacje, również kwestie związane ze sztuczną inteligencją i rozpoznawaniem obrazów. Uważam, że będziemy musieli bardzo mocno skonkretyzować, co chcemy osiągnąć – dlatego, że algorytmy kwantowe działają bardzo wąsko. Na przykład, jeżeli chcielibyśmy symulować człowieka, to byłoby to bardzo skomplikowane, ale jeśli skupilibyśmy się już na układzie immunologicznym człowieka, to pewnie bylibyśmy w stanie ten system odwzorować, a dzięki temu np. testować leki i oceniać, jak konkretne systemy funkcjonujące w organizmie człowieka będą się zachowywać po określonej dawce. Mowa więc o szansach w zakresie symulacji związanych z medycyną, tworzeniem nowych leków i działaniem organizmu człowieka. Z drugiej strony to szanse w obszarze logistyki – ocena tego, w jaki sposób najlepiej dojechać w konkretne miejsce, mając na uwadze wiele zmiennych typu: zatory, zmiany kolejności dostaw, czy mieszane dostarczenie – odbiór. Na pewno nowe możliwości pojawią się też w obszarze finansowym, np. w zakresie obliczeń związanych z obrotem papierami wartościowymi, szeroko rozumianymi aktywami finansowymi. Ne zapominajmy tu również o aktywach cyfrowych, takich jak BitCoin czy NFT.

W jaki sposób technologie kwantowe wpłyną na zdolności obronne poszczególnych krajów?

Dzisiaj najpopularniejszym algorytmem kryptograficznym jest RSA, w wersji 1024 bity, albo 2048 bitów. Żeby złamać takie zabezpieczenia, potrzeba bardzo dużo czasu. Mówi się na przykład, że niektóre komputery potrzebują 300 miliardów lat na złamanie zabezpieczeń. Natomiast jesteśmy w stanie pokazać, że za pomocą pewnych właściwości algorytmów komputerów kwantowych, możemy zrobić to dużo, dużo szybciej. Jeżeli jesteśmy w stanie złamać algorytm, to oznacza, że jesteśmy w stanie złamać wszystkie szyfry. Już dzisiaj obserwujemy grupy przestępcze, sponsorowane przez różne armie świata, które po prostu wykradają zaszyfrowane dane. Dzisiaj nie są w stanie ich jeszcze odszyfrować, ale niedługo…

Kiedy?

Za dwa, trzy lata – będą w stanie. To samo dotyczy łamania zabezpieczeń. Również trzeba dodać możliwości modelowania rozwoju sytuacji w zależności od zmiennych ciągle dostarczanych do analizy. To da szybszą reakcję odpowiednich struktur państwowych lub globalnych. Dlatego wpływ algorytmów kwantowych na obronność i nie tylko – będzie ogromny.

Co z działaniami wojennymi? Rozumiem, że jeżeli dane zostaną wykradzione i odszyfrowane przy pomocy algorytmów kwantowych, to coś takiego może mieć wpływ na przebieg konfliktu zbrojnego.

Oczywiście. Po pierwsze, mamy kwestie komunikacji – przechwytywanie i rozszyfrowanie rozkazów. Dotyczy to też wszystkich zaszyfrowanych danych na temat pozycji wojsk, uzbrojenia itd. Po drugie, należy pamiętać, że współczesny sprzęt wojskowy jest inteligentny, a przez to… nieinteligentny. Jest skomputeryzowany, co sprawia, że jesteśmy w stanie się do niego dostać. A z tym wiąże się kwestia przejęcia pewnych modułów czy broni i wykorzystania tego do własnych celów. W związku z tym konsekwencje mogą być bardzo daleko idące. 

Na jakim jesteśmy etapie, jeżeli chodzi o prace nad komputerem kwantowym?

Algorytmy kwantowe wciąż mają przed nami dużo tajemnic. Myślę, że w laboratoriach trwają niekomercyjne prace nad procesorami kwantowymi na tysiąc kubitów albo więcej. Zwykle jest tak, że wojsko ma pewne rzeczy szybciej. Z kolei chińscy naukowcy opublikowali artykuł, w którym poinformowali, że za pomocą niewielkiej liczby kubitów są już w stanie złamać RSA, czyli tradycyjny algorytm szyfrujący. Pytanie, ile oni faktycznie użyli tych kubitów. Napisali, że za pomocą 10 kubitów byli w stanie złamać 48-bitowy RSA. Twierdzą, że mogliby złamać również 2048-bitowy RSA. To niepotwierdzone, ale jeżeli taka możliwość by istniała, to już dzisiaj mielibyśmy powtórkę historii z maszyną „Enigma” i jej szyframi.

Kiedy nastąpi przełom?

Według mnie do skonstruowania komputera kwantowego pozostały nam 2–3 lata. Przeszliśmy od teorii łamania szyfrów do praktyki. Pytanie, jak szybko złamiemy ten najbardziej popularny szyfr. To zagadnienie równoległe do tego, czy będziemy mieć komputer kwantowy, bo nie potrzebujemy komputera kwantowego, żeby korzystać z narzędzi logiki kwantowej. Gra nie toczy się o to, kto stworzy pierwszy komputer kwantowy. Bardziej zastanawiałbym się nad algorytmami kwantowymi, które nie ujrzały jeszcze światła dziennego, a które mogą znacząco przyspieszyć obliczenia.

O co w takim razie toczy się ten wyścig? I co zyska podmiot, który jako pierwszy wykorzysta możliwości związane z logiką kwantową

Ze złych rzeczy, pierwsi będą mogli odszyfrować… wszystko. Zupełnie szczerze, to byłby raczej kataklizm. Z innych rzeczy, to wspomniana już kwestia przyspieszenia obliczeń oraz modelowania procesów. Obecnie zysk byłby chyba dużo większy po stronie związanej z zagrożeniami niż szansami. 

Kwestie związane z komputerami kwantowymi i potencjalną rewolucją związaną z wykorzystaniem narzędzi logiki kwantowej pojawią się w agendzie Krynica Forum 2023. Piotr Ciepiela, Partner EY, globalny lider dla Bezpieczeństwa Architektury i Nowoczesnych Technologii, będzie gościem Krynica Forum 2023.