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A computação quântica permaneceu à beira de uma revolução tecnológica durante a maior parte da última década. No entanto, o avanço prometido ainda não parece mais próximo do que há alguns anos. Enquanto isso, enquanto os investimentos continuam fluindo, os especialistas estão levantando questões desconfortáveis sobre se isso representa o fim da privacidade online como a conhecemos. Então, o que é computação quântica, como ela difere dos computadores tradicionais e por que os pesquisadores estão soando o alarme sobre isso? Tentaremos responder a todas essas perguntas hoje.
O que é a computação quântica e como ela ameaça a segurança cibernética
Embora os computadores quânticos atuais tenham nos dado um vislumbre do que a tecnologia é capaz, ela ainda não atingiu nem perto de seu potencial máximo. Ainda assim, é a promessa de poder desenfreado que está despertando a atenção dos profissionais de segurança cibernética. Hoje, aprenderemos mais sobre essas preocupações e as etapas que os pesquisadores estão tomando para resolvê-las. Portanto, sem mais delongas, vamos verificar o que são computadores quânticos, como funcionam e o que os pesquisadores estão fazendo para garantir que não sejam o pesadelo da segurança. Índice + -
O que é Quantum Computing?
Computadores quânticos são máquinas que usam as propriedades da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento, para resolver problemas complexos. Eles normalmente fornecem grandes quantidades de poder de processamento que é uma ordem de magnitude maior do que até mesmo os maiores e mais poderosos supercomputadores modernos. Isso permite que eles resolvam certos problemas computacionais, como fatoração de inteiros, substancialmente mais rápido do que computadores normais.
Introduzido em 2019, o processador Sycamore de 53 qubit do Google teria alcançado a supremacia quântica, ultrapassando os limites do que a tecnologia pode fazer. Ele pode fazer em três minutos o que um computador clássico levaria cerca de 10.000 anos para ser concluído. Embora isso prometa grandes avanços para os pesquisadores em muitas áreas, também levantou questões desconfortáveis sobre a privacidade que os cientistas agora estão lutando para resolver.
Diferença entre computadores quânticos e computadores tradicionais
A primeira e maior diferença entre os computadores quânticos e os tradicionais está na maneira como codificam as informações. Enquanto o último codifica as informações em 'bits' binários que podem ser 0s ou 1s, em computadores quânticos, a unidade básica de memória é um bit quântico, ou 'qubit', cujo valor pode ser '1' ou '0' ou '1 AND 0' simultaneamente. Isso é feito por 'superposição' - o princípio fundamental da mecânica quântica que descreve como as partículas quânticas podem viajar no tempo, existir em vários lugares ao mesmo tempo e até mesmo se teletransportar.
A superposição permite que dois qubits representem quatro cenários ao mesmo tempo, em vez de analisar um '1' ou um '0' sequencialmente. A capacidade de assumir vários valores ao mesmo tempo é a principal razão pela qual os qubits reduzem significativamente o tempo necessário para processar um conjunto de dados ou realizar cálculos complexos.
Outra grande diferença entre os computadores quânticos e os convencionais é a ausência de qualquer linguagem de computação quântica per se. Na computação clássica, a programação depende da linguagem do computador (AND, OR, NOT), mas com os computadores quânticos, não existe tal luxo. Isso porque, ao contrário dos computadores normais, eles não têm um processador ou memória como os conhecemos. Em vez disso, há apenas um grupo de qubits para escrever informações sem nenhuma arquitetura de hardware complicada, ao contrário dos computadores convencionais.
Basicamente, eles são máquinas relativamente simples quando comparados aos computadores tradicionais, mas ainda podem oferecer uma grande quantidade de energia que pode ser aproveitada para resolver problemas muito específicos. Com os computadores quânticos, os pesquisadores normalmente usam algoritmos (modelos matemáticos que também funcionam em computadores clássicos) que podem fornecer soluções para problemas lineares. No entanto, essas máquinas não são tão versáteis quanto os computadores convencionais e não são adequadas para as tarefas do dia-a-dia.
Aplicações Potenciais da Computação Quântica
A computação quântica ainda não é o produto amadurecido que alguns acreditavam que seria no final da última década. No entanto, ele ainda oferece alguns casos de uso fascinantes, especialmente para programas que admitem uma aceleração quântica polinomial. O melhor exemplo disso é a pesquisa não estruturada, que envolve encontrar um item específico em um banco de dados.
Muitos também acreditam que um dos maiores casos de uso da computação quântica será a simulação quântica, que é difícil de estudar em laboratório e impossível de modelar com um supercomputador. Isso deveria, em tese, ajudar os avanços tanto na química quanto na nanotecnologia, embora a tecnologia em si ainda não esteja totalmente pronta.
Outra área que pode se beneficiar dos avanços na computação quântica é o aprendizado de máquina. Embora a pesquisa nessa área ainda esteja em andamento, os proponentes da computação quântica acreditam que a natureza algébrica linear da computação quântica permitirá aos pesquisadores desenvolver algoritmos quânticos que podem acelerar as tarefas de aprendizado de máquina.
Isso nos leva ao caso de uso mais notável para computadores quânticos - criptografia. A velocidade estonteante com que os computadores quânticos podem resolver problemas lineares é melhor ilustrada na maneira como eles podem descriptografar a criptografia de chave pública. Isso porque um computador quântico poderia resolver com eficiência o problema de fatoração de inteiros, o problema do logaritmo discreto e o problema do logaritmo discreto da curva elíptica, que juntos sustentam a segurança de quase todos os sistemas criptográficos de chave pública.
A Quantum Computing é o fim da privacidade digital?
Todos os três algoritmos criptográficos mencionados acima são considerados computacionalmente inviáveis com supercomputadores tradicionais e são normalmente usados para criptografar páginas da web seguras, e-mail criptografado e outros tipos de dados. No entanto, isso muda com os computadores quânticos, que podem, em teoria, resolver todos esses problemas complexos usando o algoritmo de Shor, essencialmente tornando a criptografia moderna insuficiente diante de possíveis ataques..
O fato de que os computadores quânticos podem quebrar toda a criptografia digital tradicional pode ter consequências significativas na privacidade eletrônica e na segurança dos cidadãos, governos e empresas. Um computador quântico poderia quebrar com eficiência uma chave RSA de 3.072 bits, uma chave AES de 128 bits ou uma chave de curva elíptica de 256 bits, pois pode encontrar facilmente seus fatores, essencialmente reduzindo-os a apenas 26 bits.
Enquanto uma chave de 128 bits é virtualmente impossível de quebrar dentro de um período de tempo viável, mesmo pelos supercomputadores mais poderosos, uma chave de 26 bits pode ser facilmente quebrada usando um PC doméstico normal. O que isso significa é que toda a criptografia usada por bancos, hospitais e agências governamentais será reduzida a nada se agentes mal-intencionados, incluindo Estados-nação desonestos, puderem construir computadores quânticos grandes e estáveis o suficiente para suportar seus planos nefastos.
No entanto, nem tudo é desgraça e tristeza para a segurança digital global. Os computadores quânticos existentes não têm o poder de processamento para quebrar qualquer algoritmo criptográfico real, então seus dados bancários ainda estão protegidos de ataques de força bruta por enquanto. Além do mais, a mesma capacidade que pode potencialmente dizimar toda a criptografia de chave pública moderna também está sendo aproveitada por cientistas para criar uma nova 'criptografia pós-quântica' à prova de hack, que poderia mudar o panorama da segurança de dados nos próximos anos.
Por enquanto, muitos algoritmos de criptografia de chave pública bem conhecidos já são considerados protegidos contra ataques de computadores quânticos. Isso inclui IEEE Std 1363.1 e OASIS KMIP, os quais já descrevem algoritmos de segurança quântica. As organizações também podem evitar possíveis ataques de computadores quânticos mudando para AES-256, que oferece um nível adequado de segurança contra computadores quânticos.
Desafios que evitam uma revolução quântica
Apesar de seu enorme potencial, os computadores quânticos permaneceram uma tecnologia de 'próxima geração' por décadas, sem fazer a transição para uma solução viável para uso geral. Existem várias razões para isso, e abordar a maioria delas, até agora, provou estar além da tecnologia moderna.
Em primeiro lugar, a maioria computadores quânticos só podem operar a uma temperatura de -273 ° C (-459 ° F), uma fração de grau acima do zero absoluto (0 grau Kelvin). Como se isso não bastasse, requer quase zero pressão atmosférica e precisa ser isolado do campo magnético da Terra.
Embora atingir essas temperaturas sobrenaturais em si seja um grande desafio, também apresenta outro problema. Os componentes eletrônicos necessários para controlar os qubits não funcionam nessas condições frias e devem ser mantidos em um local mais quente. Conectá-los com fiação à prova de temperatura funciona para chips quânticos rudimentares em uso hoje, mas com a evolução da tecnologia, espera-se que a complexidade da fiação se torne um enorme desafio.
Considerando tudo isso, os cientistas terão que encontrar uma maneira de fazer com que os computadores quânticos funcionem em temperaturas mais razoáveis para escalar a tecnologia para uso comercial. Felizmente, os físicos já estão trabalhando nisso e, no ano passado, dois grupos de pesquisadores da University of New South Wales na Austrália e da QuTech em Delft, na Holanda, publicaram artigos afirmando ter criado computadores quânticos baseados em silício que funcionam a pleno grau acima do zero absoluto.
Não soa muito para o resto de nós, mas está sendo saudado como um grande avanço pelos físicos quânticos, que acreditam que ele pode, potencialmente, anunciar uma nova era na tecnologia. Isso porque a temperatura (um pouco) mais alta permitiria que os qubits e os componentes eletrônicos se unissem como circuitos integrados tradicionais, potencialmente tornando-os mais poderosos.
Computadores quânticos poderosos que você deve conhecer
Junto com o processador Sycamore de 53 qubit mencionado anteriormente, o Google também apresentou um processador quântico baseado em gate chamado 'Bristlecone' na reunião anual da American Physical Society em Los Angeles em 2018. A empresa acredita que o chip é capaz de finalmente trazer a energia da computação quântica para o mainstream, resolvendo 'problemas do mundo real'. 
A IBM também revelou seu primeiro computador quântico, o Q, em 2019, com a promessa de habilitar 'computadores quânticos universais' que poderiam operar fora do laboratório de pesquisa pela primeira vez. Descrito como o primeiro sistema de computação quântica integrado para uso comercial, é projetado para resolver problemas além do alcance dos computadores clássicos em áreas como serviços financeiros, produtos farmacêuticos e inteligência artificial. 
A Honeywell International também anunciou seu próprio computador quântico. A empresa anunciou em junho passado que criou o 'computador quântico mais poderoso do mundo'. Com um volume quântico de 64, o computador quântico Honeywell é considerado duas vezes mais poderoso que seu concorrente mais próximo, o que poderia trazer a tecnologia de laboratórios para resolver problemas computacionais do mundo real que são impraticáveis de resolver com computadores tradicionais.
Computação quântica: o alvorecer de uma nova era ou uma ameaça à privacidade digital?
A diferença entre os computadores quânticos e os computadores tradicionais é tão grande que o primeiro pode não substituir o segundo tão cedo. No entanto, com a correção de erros adequada e melhor eficiência de energia, podemos esperar um uso mais onipresente de computadores quânticos no futuro. E quando isso acontecer, será interessante ver se isso significará o fim da segurança digital como a conhecemos ou se inaugurará um novo amanhecer na criptografia digital.
Então, você espera que os computadores quânticos se tornem (relativamente) mais onipresentes em breve? Ou está destinado a permanecer experimental em um futuro previsível? Deixe-nos saber nos comentários abaixo. Além disso, se você quiser saber mais sobre criptografia e criptografia, verifique nossos artigos vinculados a seguir:
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