Quebrar a criptografia com computadores quânticos se torna 10 vezes mais fácil

A quantidade de poder de computação quântica necessária para quebrar técnicas comuns de criptografia de dados foi reduzida em dez vezes. Isto torna os métodos de criptografia mais vulneráveis ​​aos computadores quânticos, que poderão atingir tamanhos ainda menores nesta década.

O algoritmo RSA é um dos algoritmos de criptografia mais usados, usado para coisas como serviços bancários on-line e comunicações seguras. Baseia-se na dificuldade matemática de encontrar dois números primos que se multiplicam para produzir um número muito grande. Desde a década de 1990, os pesquisadores sabiam que essas dificuldades poderiam ser superadas com o uso de computadores quânticos, mas essa possibilidade foi considerada teórica porque o tamanho necessário para tais computadores quânticos era muito maior do que poderia ser construído.

Isso está lentamente começando a mudar à medida que os pesquisadores constroem computadores quânticos maiores e as estimativas do tamanho necessário diminuem. Em 2019, Craig Gidney no Google Quantum AI foi coautor de um artigo que reduziu esse requisito de 170 milhões para 20 milhões de bits quânticos, ou qubits. E até 2025, Gidney encontrou uma maneira de reduzir esse número para menos de um milhão de qubits. Agora, Paulo Webster da Iceberg Quantum, na Austrália, e seus colegas conseguiram reduzir ainda mais o número, para cerca de 100.000 qubits.

O estudo dos pesquisadores baseia-se no trabalho de Gidney em termos de melhorias algorítmicas, mas eles assumem que um esquema diferente é usado para conectar e organizar os qubits, chamado código qLDPC. Nos esquemas anteriores, os qubits só podiam interagir com seus vizinhos mais próximos, mas o código qLDPC significa que eles podem interagir com qubits que estão mais distantes. Esta abordagem melhora a conectividade e aumenta efetivamente a densidade da informação em computadores quânticos.

Dada esta conectividade, a equipe estima que para 98.000 qubits supercondutores, como os atualmente fabricados pela IBM e pelo Google, levaria cerca de um mês de tempo de computação para quebrar uma forma comum de criptografia RSA. Alcançar a mesma coisa em um dia exigiria 471.000 qubits.

Várias empresas de computação quântica pretendem construir computadores quânticos com centenas de milhares de qubits nesta década e estas novas estimativas são em grande parte independentes dos materiais de que são feitas, baseando-se apenas na taxa de erro e na velocidade dos computadores quânticos. Deixando de lado a praticidade de executar um mês de computação, o esquema Iceberg Quantum pode realmente ser implementado na prática? Quem estiver encarregado de um computador quântico capaz de fazer isso terá acesso a muitos e-mails, contas bancárias ou até mesmo arquivos governamentais secretos protegidos com criptografia RSA.

“Essas demandas mais rígidas tornam mais difícil a fabricação de hardware, e fabricar hardware já é a parte mais difícil”, disse Gidney. Assim como, Scott Aaronson na Universidade do Texas em Austin escreveu em seu blog que Sua principal objeção a esta nova estimativa é a dificuldade em projetar as conexões necessárias entre qubits distantes.

Os pesquisadores da IBM defenderam os códigos qLDPC nos últimos anos e tornaram o hardware de computação quântica da empresa mais aceitável para eles, mas o sucesso dessa abordagem ainda não está claro. Um porta-voz da IBM disse em comunicado que o código qLDPC seria a “pedra angular” de seus computadores quânticos, mas não comentou se o novo esquema poderia ser concretizado.

As conexões entre qubits são muito mais fáceis de implementar se forem feitas de átomos ou íons super-resfriados, duas abordagens da computação quântica que se tornaram cada vez mais populares nos últimos anos. Mas esses computadores quânticos também funcionam mais lentamente, o que, de acordo com o novo estudo, pode colocar seus números de volta na casa dos milhões quando se trata de quebrar a criptografia RSA.

“Acho importante não ser conservador com o cronograma para que algo assim aconteça”, disse Lawrence Cohen, também da Iceberg Quantum. “Alguém que viole o RSA terá consequências graves, e seria melhor se errássemos, porque isso poderia acontecer mais cedo ou mais tarde.”

Ele disse que quebrar a criptografia RSA é um problema bem estudado e, portanto, uma boa referência para quem deseja construir um computador quântico poderoso, mas a abordagem de sua equipe também poderia ser usada para executar simulações melhores e mais úteis de materiais quânticos e química quântica.