أصبح كسر التشفير باستخدام الكمبيوتر الكمي أسهل بعشر مرات

تم تقليل مقدار قوة الحوسبة الكمومية اللازمة لاختراق تقنية تشفير البيانات الشائعة بمقدار عشرة أضعاف. وهذا يجعل طريقة التشفير أكثر عرضة للاختراق من قبل أجهزة الكمبيوتر الكمومية، والتي قد تكون قادرة على الوصول إلى الحجم المنخفض في غضون عقد من الزمن.

تعد خوارزمية RSA واحدة من خوارزميات التشفير الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، وتستخدم لأشياء مثل الخدمات المصرفية عبر الإنترنت والاتصالات الآمنة. يعتمد هذا على الصعوبة الرياضية المتمثلة في العثور على رقمين أوليين تم ضربهما معًا لتكوين رقم كبير جدًا. منذ تسعينيات القرن العشرين، عرف الباحثون أنه يمكن تجنب هذه الصعوبة باستخدام كمبيوتر كمي، لكن الاحتمال تم اعتباره نظريًا لأن الحجم المطلوب لمثل هذا الكمبيوتر الكمي كان أكبر بكثير مما يمكن بناؤه.

وقد بدأ هذا يتغير ببطء عندما قام الباحثون ببناء أجهزة كمبيوتر كمومية أكبر وانخفض الحجم المقدر المطلوب. في عام 2019، شارك كريج جيدني من Google Quantum AI في تأليف ورقة بحثية خفضت هذه المتطلبات من 170 مليونًا إلى 20 مليون بت كمومي، أو كيوبت. وفي عام 2025، ابتكر غيدني طريقة لخفض هذا العدد إلى أقل من مليون كيوبت. الآن، تمكن بول ويبستر من Iceberg Quantum في أستراليا وزملاؤه من تقليل العدد إلى حوالي 100000 كيوبت.

تعتمد دراسة الباحثين على عمل جيدني فيما يتعلق بالتحسينات الخوارزمية، لكنهم يفترضون أنه يتم استخدام مخطط مختلف لتوصيل وترتيب البتات الكمومية يسمى كود qLDPC. في المخططات السابقة، لا يمكن للبتات الكمومية أن تتفاعل إلا مع أقرب جيرانها، لكن رمز qLDPC يعني أنه يمكنها التفاعل مع الكيوبتات الأبعد. يعمل هذا النهج على زيادة الاتصال وزيادة كثافة المعلومات بشكل فعال داخل الكمبيوتر الكمي.

ونظرًا لهذا الاتصال، قدر الفريق أنه بالنسبة لـ 98000 كيوبت فائقة التوصيل، مثل تلك التي تصنعها حاليًا شركة IBM وجوجل، سيستغرق الأمر حوالي شهر من وقت الحوسبة لكسر شكل شائع من تشفير RSA. ويتطلب تحقيق ذلك في يوم واحد 471000 كيوبت.

تهدف العديد من شركات الحوسبة الكمومية إلى بناء أجهزة كمبيوتر كمومية تحتوي على مئات الآلاف من الكيوبتات خلال العقد الحالي، والتقدير الجديد لا يدري إلى حد كبير ما سيتم تصنيعها منه، ويعتمد فقط على معدلات الخطأ وسرعة الكمبيوتر الكمي. بغض النظر عن التطبيق العملي لإجراء عملية حسابية لمدة شهر، هل يمكن تنفيذ مخطط Iceberg Quantum عمليًا؟ أي شخص مسؤول عن جهاز كمبيوتر كمي يمكنه القيام بذلك سيكون لديه إمكانية الوصول إلى العديد من رسائل البريد الإلكتروني أو الحسابات المصرفية أو حتى الملفات الحكومية السرية المحمية بتشفير RSA.

يقول جيدني: “هذه المتطلبات الأكثر صرامة تجعل تصنيع الأجهزة أكثر صعوبة، وتصنيع الأجهزة هو بالفعل الجزء الأصعب”. وبالمثل، كتب سكوت آرونسون من جامعة تكساس في أوستن على مدونته أن تحفظه الرئيسي على التقدير الجديد هو الصعوبات في هندسة الاتصالات الضرورية عمليًا بين الكيوبتات البعيدة.

لقد دافع باحثو IBM عن رموز qLDPC في السنوات الأخيرة وجعلوا أجهزة الحوسبة الكمومية للشركة أكثر قابلية للتكيف معها، ولكن مدى نجاح هذا النهج لا يزال غير واضح. وقال متحدث باسم شركة IBM في بيان إن رموز qLDPC ستكون “حجر الزاوية” لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الخاصة بها، لكنه لم يعلق على ما إذا كان من الممكن تحقيق المخطط الجديد.

يكون تنفيذ الاتصالات بين الكيوبتات البعيدة أسهل بكثير عندما تكون مصنوعة من ذرات أو أيونات شديدة البرودة، وهما أسلوبان للحوسبة الكمومية اكتسبا شهرة في السنوات الأخيرة. لكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية هذه تعمل أيضًا بشكل أبطأ، وهو ما قد يعيد أرقامها إلى الملايين، وفقًا للدراسة الجديدة، عندما يتعلق الأمر بكسر تشفير RSA.

يقول لورانس كوهين، الذي يعمل أيضًا في Iceberg Quantum: “أعتقد أنه من المهم ألا نكون محافظين أبدًا فيما يتعلق بالجداول الزمنية لحدوث مثل هذه الأشياء”. “سيكون لأي شخص يخرق نظام RSA عواقب وخيمة، ومن الأفضل دائمًا أن نخطئ في أن هذا يمكن أن يحدث عاجلاً وليس آجلاً.”

ويقول إن كسر تشفير RSA يمثل مشكلة مدروسة جيدًا، وبالتالي يعد معيارًا رائعًا لأي شخص يتطلع إلى بناء حاسوب كمي قوي، ولكن يمكن أيضًا استخدام نهج فريقه لإجراء عمليات محاكاة أفضل وأكثر فائدة للمواد الكمومية وكيمياء الكم.