O que o chip Majorana 1 da Microsoft significa para a descriptografia quântica

A questão é se o Majorana 1 avança o progresso em direção à computação quântica – ou, para os profissionais de segurança, a chegada de computadores poderosos o suficiente para quebrar o PKE.

A Microsoft anunciou a primeira unidade de processamento quântico do mundo que usa qubits topológicos: o Majorana 1, “projetado para escalar para um milhão de qubits em um único chip”. Esta é uma conquista técnica incrível – mas isso muda o cronograma para o desenvolvimento de computadores quânticos?

A promessa e a ameaça da computação quântica

O poder potencial da computação quântica é difícil de imaginar, mas revolucionará a sociedade e a ciência. Isso ajudará a produzir novos medicamentos, fornecer uma agricultura mais produtiva e desenvolver novos materiais – potencialmente resolvendo muitas das atuais preocupações intratáveis da humanidade.

Quando combinada com a IA, cada tecnologia ajudará a melhorar a outra. Assim, em algum momento, os avanços na IA e na computação quântica se tornarão melhores e mais rápidos – a combinação se tornará um ciclo virtuoso contínuo e acelerado. Mas antes da grande promessa do quantum virá a primeira ameaça cibernética conhecida: a capacidade de descriptografar o PKE que torna a computação e a internet viáveis.

A atração de qubits topológicos

A principal atração dos qubits topológicos para o desenvolvimento de computadores quânticos é a probabilidade de maior resistência a erros induzidos pelo ambiente.

A abordagem mais comum para o desenvolvimento de computadores quânticos é usar qubits de íons supercondutores ou presos; Mas esses qubits são altamente sensíveis ao ruído ambiental. Simplificando, esses qubits podem facilmente perder seu estado quântico e introduzir erros – um processo conhecido como decoerência. A correção desses erros requer a adição de muitos outros qubits de correção de erros para produzir um qubit lógico viável.

Os qubits topológicos tentam resolver esse problema codificando informações na topologia de um sistema físico, em vez do estado de partículas individuais. Em teoria, isso torna cada qubit muito mais tolerante a falhas, o que significa que menos são necessários para produzir um computador quântico de uso geral.

Consulte Descriptografia quântica aproximada por qubits topológicos para obter mais informações.

Majorana 1: a tecnologia

“Essa arquitetura é o azarão pelo qual a comunidade quântica está torcendo. A Microsoft vem trabalhando nisso há quase duas décadas. O anúncio é um dos maiores avanços quânticos da década”, diz Rebecca Krauthamer, cofundadora e CEO da QuSecure.

“Talvez o maior desafio no dimensionamento da computação quântica seja tornar os qubits estáveis o suficiente para realizar cálculos complexos com alta fidelidade”, continua ela. “O qubit topológico da Microsoft minimiza inerentemente a instabilidade, ajudando a pavimentar o caminho para computadores quânticos verdadeiramente escaláveis que podem enfrentar os desafios do mundo real.”

Tecnicamente, o Majorana 1 decorre da fabricação da Microsoft de dispositivos definidos por porta que combinam arseneto de índio (um semicondutor) e alumínio (um supercondutor) resfriado a quase zero absoluto e sintonizado com campos magnéticos produzindo nanofios supercondutores topológicos com Majorana Zero Modes (MZMs) nas extremidades dos fios.

Isso, é claro, é apenas o começo. Mas a Microsoft descreve o resultado final como um “topocondutor”, um transistor para a era quântica. Ele também diz que “oferece um caminho claro para encaixar um milhão de qubits em um único chip que pode caber na palma da mão”. Ele afirma agora ter um roteiro para a computação quântica tolerante a falhas eficaz.

“O que quer que você esteja fazendo no espaço quântico precisa ter um caminho para um milhão de qubits. Se isso não acontecer, você vai bater em uma parede antes de chegar à escala em que pode resolver os problemas realmente importantes que nos motivam”, explica Chetan Nayak, membro técnico e vice-presidente corporativo de hardware quântico da Microsoft.

“O último anúncio da Microsoft marca um avanço em trazer a realidade de um computador quântico de um milhão de qubits mais perto do que nunca”, comenta Carl Froggett, CIO e CISO da Deep Instinct. “Ele acelera a colisão entre a computação quântica e a IA de maneiras que interromperão, se não derrubarem completamente, a computação tradicional e a segurança cibernética.”

Jason Soroko, membro sênior da Sectigo, acrescenta: “A nova arquitetura usa um material inovador capaz de produzir qubits topológicos. O topocondutor é usado para criar e controlar partículas de Majorana, que por sua vez formam qubits altamente estáveis e escaláveis.

Iain Beveridge, gerente sênior de produtos e soluções da Entrust, concorda. “O anúncio da Microsoft representa um endosso retumbante de um gigante da indústria para o que muitas organizações já vêm dizendo: a computação quântica está chegando, e mais cedo do que as pessoas pensam.”

Esta é uma grande conquista técnica; mas a questão importante para os profissionais de segurança é se isso encurta a linha do tempo para computadores quânticos significativos capazes de descriptografar PKE; isto é, um computador quântico criptoanaliticamente relevante (CRQC).

Majorana 1: as implicações para a segurança cibernética e a descriptografia

“O Majorana 1 é definitivamente um grande avanço e fornece outro método alternativo de construção de qubits, com os dois principais sendo qubits supercondutores e qubits de íons presos”, confirma Troy Nelson, CTO da Lastwall. “O topocondutor usado no Majorana 1, se provado economicamente viável e capaz de alcançar economias de escala, pode rivalizar com o transistor de silício, que revolucionou a computação como a conhecemos.”

Observe que ‘se’. É um grande ‘se’. Este anúncio de Majorana 1 é apenas um passo ao longo de um caminho complexo para um computador quântico funcional. “É um começo incrível, mas ainda há um caminho pela frente. Escalar da prova de viabilidade para um sistema comercial completo não é pouca coisa – eles precisarão provar confiabilidade em escala. A correção de erros será outro fator; Mesmo qubits estáveis precisam de backup. E depois há o lado prático – construir a infraestrutura para torná-la comercialmente pronta “, adverte Krauthamer.

Mas ela acrescenta: “Se a Microsoft puder demonstrar escalabilidade, eles poderão acelerar significativamente o cronograma. Um qubit menos barulhento significa que você precisa de menos qubits físicos para chegar ao CRQC. Um computador quântico que pode quebrar a criptografia clássica não é um distante ‘e se’. A Microsoft está falando sobre máquinas quânticas comerciais em cinco anos, e esse design de qubit escalável é o trampolim.”

No entanto, Duncan Jones, chefe de segurança cibernética da Quantinuum (uma empresa imersa em qubits topológicos) acrescenta: “Os cronogramas são difíceis de julgar, mas o progresso em todas as modalidades é tão rápido agora que você não apostaria contra o tempo para os CRQCs encolherem ainda mais nos próximos anos. “

Em geral, há muitos elogios à tecnologia topológica da Microsoft, mas menos certeza sobre se ela pode aproximar a computação quântica. O CEO e fundador da Atom Computing, Benjamin Bloom, comenta: “Acho que isso é um grande progresso na computação topológica-quântica, só não sei se isso se relaciona com o progresso da computação quântica ou não. Só o tempo e mais manifestações dirão.”

Talvez o mais próximo que chegamos de uma opinião sobre se Majorana 1 aproxima um CRQC pode ser encontrado em um blog de Scott Aaronson, professor de ciência da computação da Universidade do Texas em Austin. “Se a reivindicação da Microsoft se mantiver, então os qubits topológicos finalmente alcançaram algum tipo de paridade com os qubits mais tradicionais de 20 a 30 anos atrás. Ou seja, as abordagens não topológicas como supercondutor, íon aprisionado e átomo neutro têm uma vantagem absolutamente massiva “, escreveu ele.

Ele continuou: “Os qubits topológicos podem vencer se, e somente se, eles se revelarem muito mais confiáveis que ultrapassem as abordagens anteriores – mais ou menos como o transistor fez com o tubo de vácuo e o relé eletromecânico. Se isso vai acontecer ainda é uma questão em aberto, para dizer o mínimo.”

Majorana 1: o que isso significa para a migração de PQC

A Microsoft acredita que o Majorana 1 pode levar a um protótipo tolerante a falhas “em anos, não em décadas”. A implicação tácita aqui é de ‘5 a 10’ anos. Muitos acreditam que será mais perto de cinco do que dez. Estranhamente, isso não torna a migração para o PQC mais urgente – já é crítica.

Phil Venables, vice-presidente do Google e CISO do Google Cloud, explica isso em um post no LinkedIn datado de 22 de fevereiro. “A computação quântica está avançando rapidamente. As inovações do Google, Microsoft, IBM e outros estão ultrapassando os limites não apenas do número de qubits, mas também de sua qualidade. Estamos no caminho certo para que a computação quântica seja prática para problemas do mundo real.”

Ele sugere que, supondo que o quantum chegará em algum momento entre 2032 e 2040, temos um espaço para respirar de sete anos (observe que alguns especialistas acreditam que o quantum pode chegar em apenas cinco anos).

“Se formos pessimistas (ou otimistas, dependendo do seu caso de uso), temos sete anos para lidar com isso [ou seja, migração para PQC]. É um tempo relativamente longo, então por que se preocupar com isso agora?”

Ele continuou: “A migração levará tempo e será mais complexa do que as pessoas pensam. Mesmo que 7 a 10 anos pareça muito tempo, na realidade a extensão do trabalho necessário pode significar que você já está atrasado.

Marc Manzano, gerente geral de segurança cibernética da SandboxAQ, resume: “À medida que nos aproximamos do ‘penhasco quântico’, as organizações devem identificar e proteger ativos criptográficos antes que as máquinas quânticas escaláveis quebrem a criptografia atual. A janela para a migração está diminuindo e uma abordagem reativa não é uma opção”, diz ele. “O progresso da Microsoft é um sinal claro: a hora de agir é agora.”

O Majorana 1 da Microsoft não aumenta a urgência de migrar para PQC e agilidade criptográfica, porque essa urgência já é crítica.

Fonte: SecurityWeek

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