האם העולם הדיגיטלי מוכן למהפכת הקוונטים?

לפני 25 שנה, חששו מתכנתים ברחבי העולם מקריסת מערכות בשל באג 2000, אך היום, ניצב בפני עולם הדיגיטל אתגר מורכב בהרבה. עלייתם של מחשבים קוונטיים מאיימת לשבור את שיטות ההצפנה הנוכחיות, שעליהן נשענת כל התשתית הדיגיטלית המודרנית. בעוד שמחשבים מסורתיים מבוססים על ביטים בינאריים (0 או 1), מחשבים קוונטיים משתמשים בקיוביטים, שמאפשרים חישובים מקבילים בקנה מידה עצום. 

החידוש הזה מביא עמו הזדמנויות אדירות בתחומים כמו מחקר רפואי, מדע החומרים ופתרון בעיות מתמטיות מסובכות. אבל, הוא גם מציב סיכון חסר תקדים לאבטחת המידע, שכן הצפנות מתקדמות כמו RSA עשויות להיפרץ תוך דקות, במקום עשרות שנים.

אמנם מחשבים קוונטיים שיכולים לפצח הצפנה רחבה עוד אינם קיימים, אך התקדמות טכנולוגית ניכרת מתרחשת. בדצמבר האחרון, גוגל דיווחה על פריצת דרך בפיתוח שבב קוונטי מתקדם, שמקרב אותנו לעידן שבו מכונות מסוג זה יהפכו לכלי יישומי. כיום, ההערכות לגבי כמות הקיוביטים הדרושים לשבירת הצפנות קיימות נעות בין 10,000 למיליונים, בעוד שהמערכות המתקדמות ביותר מכילות רק כמה מאות קיוביטים. עם זאת, הבעיה אינה רק מתי המחשבים האלו יהיו זמינים, אלא שהאקרים וגורמים מדינתיים כבר אוספים מידע מוצפן היום, מתוך מטרה לפענח אותו בעתיד כאשר הטכנולוגיה תהיה זמינה.

• מה צפוי בשוק בשבוע האחרון של פברואר?
• המניה שזינקה היום פי 5.5 - ולמה כדאי לכם להיזהר ממנה

גם מיקרוסופט הודיעה לאחרונה על השקת שבב קוונטי חדש, החברה חשפה שבב קוונטי חדש שלטענתה מקרב את הבשורה של מחשוב קוונטי "לשנים, ולא לעשורים". בכך, היא מצטרפת גם ל-IBM, שגם כן מעריכה כי המהפכה בתחום קרובה בהרבה ממה שסברו עד לאחרונה.

מיקרוסופט טוענת כי השבב החדש שלה, Majorana 1, מציג יציבות גבוהה יותר לעומת שבבים מתחרים ומפחית משמעותית את שיעור השגיאות. החברה אף ציינה כי מחקר מדעי בנושא עתיד להתפרסם בכתב העת Nature.

זמן ההגעה של מחשבים קוונטיים לשימוש מעשי נותר נושא למחלוקת בקרב ענקיות הטכנולוגיה. מנכ"ל אנבידיה, ג'נסן הואנג, העריך בחודש שעבר כי יעברו לפחות שני עשורים לפני שהמחשוב הקוונטי יתעלה על שבבי החברה שלו, שנחשבים כיום לליבה של תחום הבינה המלאכותית. מנגד, גוגל, שהציגה שבב קוונטי חדש משלה, טוענת כי יישומים מסחריים בתחום יגיעו תוך חמש שנים בלבד, ו-IBM מעריכה כי מחשבים קוונטיים בקנה מידה גדול יהיו זמינים עד 2033.

עוד תכניות

בעקבות הסיכון ההולך וגובר, ממשלות וחברות מובילות מנסות להיערך מראש. המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) בארה"ב הציג לאחרונה שלושה תקני הצפנה קוונטית, המיועדים להחליף את השיטות המסורתיות בהדרגה. תקנים אלו נועדו להגן על מידע רגיש כמו עסקאות בנקאיות, תקשורת ממשלתית ומידע רפואי פרטי. עם זאת, המעבר אינו פשוט. בעוד דפדפנים ושירותי אינטרנט ניתנים לעדכון באופן יחסי, מכשירים ישנים ומערכות קריטיות, כמו תשתיות מים ולוויינים צבאיים, עלולים להוות אתגר משמעותי. מעבר כזה דורש השקעה עצומה בזמן, משאבים והיערכות טכנולוגית מורכבת.

• אירופה מתעוררת - המדינות מגדילות את תקציבי הביטחון
• אלי לילי עולה ב-3%, אלוט עולה ב-12%; הנאסד"ק יורד ב-1.2%
• תוכן שיווקי "הקרנות הפאסיביות מהוות 60% מהענף"

המשבר המתקרב בתחום ההצפנה דומה בחלקו לבאג 2000, אך הפעם אין תאריך יעד ידוע שבו הסכנה תתממש. בשונה מבאג 2000, שהתרחיש הגרוע ביותר שלו נמנע הודות להיערכות מוקדמת, במקרה של אבטחת מידע קוונטית, ההשלכות עשויות להתגלות רק בדיעבד - כאשר מידע קריטי כבר ייחשף. בעולם שבו הכל מחובר ומבוסס על הצפנה, היכולת להתמודד עם אתגר הקוונטים תהיה מכרעת. השאלה שנותרה פתוחה היא האם התעשייה תצליח להקדים את האיום ולהבטיח עתיד בטוח למידע הדיגיטלי, או שנגלה את הפרצות רק כשהנזק כבר ייגרם.

ההשפעה על הקריפטו

למרות שמחשוב קוונטי עדיין נמצא בשלבי פיתוח, השפעתו הפוטנציאלית על תחום הקריפטו מעוררת חששות משמעותיים. מערכות ההצפנה של מטבעות דיגיטליים כמו ביטקוין ואתריום מתבססות על בעיות מתמטיות מורכבות, בעיקר הצפנות מסוג RSA ו-ECC, שהן חלק מהקטגוריה של בעיות קשות לפיצוח עבור מחשבים קלאסיים. מחשבים קוונטיים, באמצעות אלגוריתם שור, עשויים לשבור הצפנות אלו במהירות חסרת תקדים - מהלך שעלול לערער את אבטחת העסקאות ואת שלמות רשתות הבלוקצ'יין.

עם זאת, אין קשר מוכח בין מחשוב קוונטי לבעיות NP-Intermediate, שכן טרם הוכח אם מחשבים קוונטיים יוכלו לפתור בעיות אלו ביעילות גבוהה משמעותית. כדי להיערך לתרחיש של קריפטוגרפיה פגיעה בעידן הקוונטי, חברות קריפטו וגופים רגולטוריים עובדים על פיתוח קריפטוגרפיה פוסט-קוונטית (PQC), שנועדה לספק אלגוריתמים חסינים בפני פריצות קוונטיות. למרות שהאיום הישיר של מחשוב קוונטי הוא על הצפנות קריפטוגרפיות, פתרון מהיר לבעיות מתמטיות מורכבות עשוי להשפיע על תחומים רחבים הרבה יותר, כולל תכנון לוגיסטי, חישובים פיננסיים ואימות עסקאות דיגיטליות. בתחום הקריפטו, התפתחויות אלו עשויות לשנות את הדרך שבה רשתות בלוקצ'יין פועלות, תוך מעבר לשיטות חדשות לניהול אימותים וכרייה. עם זאת, החשש המרכזי הוא שהתקדמות טכנולוגית בלתי מבוקרת עלולה לחשוף מידע מוצפן היסטורי, דבר שיכול להוביל לפגיעה חמורה בפרטיות ובאבטחת נתונים דיגיטליים.