Квантовый компьютер: когда он взломает ваши пароли

«Учёные создали квантовый компьютер, и скоро он взломает все пароли». Такие заголовки проскакивают в новостях каждый раз, когда кто-то из крупных компаний рапортует об очередном квантовом прорыве. Звучит тревожно: будто завтра кто-то вскроет ваш банковский аккаунт, прочтёт переписку и захватит почту.

Мы разобрались, что здесь правда, а что журналистский заголовок. Если коротко: повода для паники нет, но причина для работы у инженеров действительно серьёзная.

Что такое квантовый компьютер

Обычный компьютер, на котором вы читаете этот текст, работает с битами. Бит это ноль или единица, как выключатель: либо включён, либо нет. Все ваши фото, видео, банковские приложения в итоге сводятся к миллиардам нулей и единиц.

Квантовый компьютер работает с кубитами. Кубит может быть нулём и единицей одновременно. Это звучит нелепо для нашего привычного мира, и мы не будем делать вид, что это легко понять. Физика на таком масштабе просто работает иначе.

Представьте лабиринт. Обычный компьютер идёт по одному пути, натыкается на тупик, возвращается, пробует следующий, снова натыкается, и так пока не найдёт выход. Квантовый компьютер как будто отправляет разведчика по всем тропинкам одновременно и находит выход за один проход.

Звучит мощно, и это действительно так. Но только для конкретных задач. Квантовый компьютер не быстрее обычного во всём. Он не поможет вам быстрее открыть в браузере двадцать вкладок или отрендерить видео для YouTube. Его сила в узком наборе математических задач, где обычный компьютер буксует.

Почему все боятся

В 1994 году математик Питер Шор описал алгоритм, благодаря которому достаточно мощный квантовый компьютер мог бы быстро раскладывать очень большие числа на множители.

Почему это важно? Потому что RSA, система шифрования, которая сегодня защищает ваши пароли, банковские переводы и зашифрованные сообщения, построена на одной простой идее: разложить огромное число на простые множители невероятно долго. Обычному компьютеру на это нужны тысячи или миллионы лет.

Квантовый компьютер с алгоритмом Шора сделал бы то же самое за часы или дни. Если бы он был достаточно большим и стабильным.

Получается, что математически квантовый компьютер действительно может сломать фундамент современной криптографии. Это не выдумка и не страшилка из интернета. Но между теорией и практикой огромная дистанция.

Что квантовый компьютер может сейчас

Пока что для обычного человека почти ничего.

IBM и Google уже больше десяти лет строят квантовые компьютеры и публикуют результаты. Это реальные машины, которые стоят в лабораториях, выглядят как золотистые люстры в холодильных камерах, и действительно решают некоторые задачи. Но количество кубитов в них измеряется сотнями.

Чтобы взломать RSA, нужны сотни тысяч или даже миллионы стабильных кубитов. Кубиты невероятно капризны: малейший шум, перепад температуры, электромагнитная наводка, и вычисление ломается. Их нужно охлаждать почти до абсолютного нуля, примерно минус 273 градуса. И даже в таких условиях ошибки накапливаются так быстро, что результаты часто бесполезны.

Грубо говоря, мы сейчас на этапе, когда первый самолёт едва оторвался от земли на пару секунд. Да, он летает. Но перелететь через океан на нём нельзя. Технология существует, но до практического применения в задачах вроде взлома шифрования ещё очень далеко.

Когда ждать реальную угрозу

Никто не знает точно. Оценки колеблются от 10 до 30 лет, иногда больше. Зависит от того, насколько быстро инженеры решат проблему коррекции ошибок в кубитах. А это одна из самых сложных задач в современной физике.

Идея коррекции ошибок такая: вместо одного надёжного кубита использовать много физических. Грубо говоря, чтобы получить один стабильный кубит, может потребоваться сотня или тысяча шумных. Это значит, что миллион стабильных кубитов из теории превращается в сто миллионов или миллиард физических. Масштаб задачи становится понятным.

Есть один нюанс, о котором стоит знать. Спецслужбы и крупные государства могут копировать зашифрованный трафик сегодня и хранить его годами, чтобы расшифровать потом, когда появится достаточно мощный квантовый компьютер. В индустрии это называют «собирай сейчас, взламывай потом». Для государственных секретов это реальная проблема. Для пароля от вашей почты почти нет: через 20 лет он будет давно неактуален, банк сменит алгоритмы, а мессенджер перейдёт на новое шифрование.

Что уже делают

Хорошая новость: индустрия не сидит сложа руки.

В США Национальный институт стандартов и технологий уже выбрал и опубликовал первые алгоритмы постквантовой криптографии. Это новые методы шифрования, которые квантовый компьютер тоже не сможет сломать. Стандарты зафиксированы, и компании начинают их внедрять.

Google защитил внутренний трафик между своими дата-центрами постквантовым шифрованием. Apple добавил постквантовую защиту в iMessage. Microsoft работает над обновлением Windows и облачных сервисов. Банковский сектор тоже тестирует новые протоколы.

Смысл прост: даже когда квантовые компьютеры станут достаточно мощными, данные уже будут защищены алгоритмами нового поколения. Переход начался заранее, с запасом в десятилетие или больше. Никто не ждёт последнего момента.

Для обычного человека

Вам прямо сейчас не нужно ничего делать.

Ваш пароль от почты, банка или соцсети сегодня в полной безопасности. Не потому что квантовых компьютеров нет, а потому что до практического взлома RSA ещё очень далеко. А когда этот момент настанет, шифрование давно поменяется.

Единственное, что реально стоит сделать для защиты своих аккаунтов, это старые проверенные вещи: включить двухфакторную аутентификацию, пользоваться парольным менеджером и не ставить одинаковый пароль на пять разных сервисов. Эти советы не новые, но они защищают от реальных угроз сегодня лучше, чем любой квантовый прорыв в будущем.