Cyfrowej infrastruktury nie wymienia się w weekend, a dane przechwycone dzisiaj mogą zachować wartość przez kolejne dekady. Ktoś może tym samym magazynować zaszyfrowane informacje już teraz, licząc na to, że odpowiednio potężny komputer kwantowy pozwoli odszyfrować je w przyszłości. Jak więc żyć, aby nie dać się złamać?
QCIM nie walczy z komputerem kwantowym własnym komputerem kwantowym
Najnowszy krok w tym kierunku wykonały dwie firmy – BTQ Technologies i tajwański Industrial Technology Research Institute, które zakończyły pierwszy etap wieloletniego programu rozwoju architektury Quantum Compute-in-Memory, czyli QCIM. Nie dostaliśmy jeszcze seryjnego procesora, który można jutro wsadzić do routera, samochodu czy urządzenia wojskowego. Zamiast tego zweryfikowany został rdzeń IP QCIM w środowisku projektowym TSMC wykorzystującym proces 28 nm.
Czytaj też: 99,99 procent perfekcji dla kwantowej niezależności. USA zaczęły masowo produkować najczystszy krzem świata
Przeprowadzone w tej pracy testy miały potwierdzić poprawność działania architektury oraz jej zdolność do przyspieszania operacji związanych ze standardami FIPS 203, 204 i 205. Kolejnym krokiem będzie integracja na poziomie modułów, dalsza weryfikacja i sprawdzanie rozwiązania jako elementu większych systemów. Testowe układy mają trafić do wybranych klientów i partnerów strategicznych jeszcze przed końcem 2026 roku.
Właśnie ten etap rozwoju wydaje mi się ciekawszy od kolejnego laboratoryjnego rekordu kubitów. O problemie przygotowywania zabezpieczeń przed epoką komputerów kwantowych pisałem już przy okazji kwantowego generatora losowości. QCIM pokazuje następny etap tej samej historii, bo to, że matematykę trzeba teraz przełożyć na elektronikę, którą rzeczywiście da się produkować i instalować w miliardach urządzeń.
NIST przygotował matematykę. Teraz trzeba zbudować dla niej sprzęt
Trzy wspomniane standardy nie są przypadkowe. FIPS 203 obejmuje ML-KEM, czyli mechanizm służący do bezpiecznego ustanawiania współdzielonych kluczy. FIPS 204 wykorzystuje ML-DSA do podpisów cyfrowych, a FIPS 205 zapewnia alternatywną metodę podpisu SLH-DSA opartą na innej rodzinie problemów matematycznych. NIST sfinalizował wszystkie trzy w sierpniu 2024 roku i od tego czasu wręcz zachęca organizacje, żeby nie czekały na pojawienie się kryptograficznie użytecznego komputera kwantowego.
Problem w tym, że stworzenie algorytmu to dopiero początek. Trzeba jeszcze wykonywać go szybko, energooszczędnie i najlepiej na urządzeniu, które nie dysponuje zaawansowanym procesorem oraz setkami watów mocy do tak podstawowej czynności. Jest to szczególnie ważne w samochodach, systemach przemysłowych, urządzeniach IoT, elektronice wojskowej czy sprzęcie działającym na krawędzi sieci.
Czytaj też: 128 kubitów bez próżni i ciekłego helu. Komputery kwantowe wchodzą pod strzechy
Tutaj pojawia się główny pomysł QCIM. Zamiast ciągle przenosić dane między pamięcią a osobnym blokiem obliczeniowym, część operacji kryptograficznych ma odbywać się bezpośrednio w podsystemie pamięci. BTQ przekonuje, że ogranicza to transfer danych, opóźnienia oraz zużycie energii. Architektura jest przy tym dostarczana jako soft IP, więc w założeniu może być integrowana z różnymi układami, zamiast funkcjonować tylko jako jeden konkretny procesor.
Wyjątkowość tego podejścia świetnie podkreśla zaawansowanie technologiczne, bo 28-nm proces może wydawać się dziś artefaktem przeszłości. Ma jednak wystarczać, a przy okazji zapewnia możliwość taniej produkcji na masową skalę. Sam BTQ wymienia kompatybilność swojej architektury m.in. z procesami TSMC 40 nm, 28 nm oraz GlobalFoundries 22FDX.
Wyścig kwantowy właśnie dostał drugi tor
Nie wiemy, kiedy powstanie komputer kwantowy zdolny realnie zagrozić dzisiejszej kryptografii klucza publicznego. Jednak działać trzeba możliwie najszybciej, bo migracja infrastruktury może trwać latami, a pierwsze praktyczne zastosowania kryptografii postkwantowej już wychodzą poza laboratoria. Widać to już choćby przy postkwantowym zabezpieczaniu komunikacji satelitarnej.
Nie jest to jednak jakaś efektowna przyszłość z komputerem pełnym kubitów świecącym za szybą laboratorium. Jest znacznie bardziej przyziemna, bo obejmuje kontrolery, moduły bezpieczeństwa, routery, samochody, fabryki i miliardy urządzeń, które pewnego dnia mają po prostu nadal być bezpieczne. Dlatego QCIM traktuję dziś nie jako przełom, lecz jako ciekawy znak czasu. Komputer kwantowy zdolny łamać nasze zabezpieczenia jeszcze nie istnieje, ale zaczynamy już projektować świat tak, jakby jego pojawienie się było tylko kwestią czasu.
Źródła: BTQ Technologies – QCIM
